CORNELIU STANCIU INTRODUCERE ÎN PSIHOFIZIOLOGIE

Integrarea neuroendocrină Ediţia a 4-a

© Editura Fundaţiei România de Mâine, 2007

Editură acreditată de Ministerul Educaţiei şi Cercetării prin Consiliul Naţional al Cercetării Ştiinţifice

din Învăţământul Superior Descrierea CIP a Bibliotecii Naţionale a României

STANCIU, CORNELIU

Introducere în psihofiziologie: integrarea neuroendocrină / Corneliu Stanciu. Ed. a 4-a Bucureşti: Editura Fundaţiei România de Mâine,2007 ISBN 978-973-725-975-2

159.91 575.87:611.8+611.4

Reproducerea integrală sau fragmentară, prin orice formă şi prin orice mijloace tehnice, este strict interzisă şi se pedepseşte conform legii.

Răspunderea pentru conţinutul şi originalitatea textului revine exclusiv autorului/autorilor.

Redactor: Andreea DINU Tehnoredactor: Magdalena ILIE Laurenţiu Cozma TUDOSE Coperta: Stan BARON

Bun de tipar: 22.10.2007 Coli tipar: 13

Format: 16/61×86

Editura Fundaţiei România de Mâine Bulevardul Timişoara, Nr. 58, Bucureşti, Sector 6,

Tel./Fax.: (021) 444 20 91; www.spiruharet.ro e-mail: contact@edituraromaniademaine.ro

UNIVERSITATEA SPIRU HARET

FACULTATEA DE SOCIOLOGIE-PSIHOLOGIE

CORNELIU STANCIU

INTRODUCERE ÎN PSIHOFIZIOLOGIE

Integrarea neuroendocrină

Ediţia a 4-a

EDITURA FUNDAŢIEI ROMÂNIA DE MÂINE Bucureşti, 2007

5

CUPRINS

INTRODUCERE……………………………………………………. 9 SECŢIUNEA I

ORGANISMUL ŞI CELULA

I. Organismul uman ca sistem termodinamic…………………….. 11 I. 1. Conceptul de sistem………………………………………….. 11

I. 1.1. Alcătuirea şi structura sistemului……………………. 11 I. 1.2. Tipuri de sisteme……………………………………... 12

I. 2. Organismul viu ca sistem termodinamic…………………….. 13 2.1. Integralitatea organismului ca sistem termodinamic….. 14 I. 2.2. Integrarea sistemului viu…………………………….. 15

I. 2.2.1. Reflectarea ca proces universal…………….. 15 I. 2.2.2. Modalităţi de integrare……………………… 17

II. Celula ca sistem termodinamic………………………………… 21 II. 1. Organizarea funcţională a celulei……………………….. 21

II. 1.1. Celula ca sistem deschis………………………… 21 II. 1.2. Reglarea metabolismului celular……………….. 22 II. 1.3. Alcătuirea şi structura celulei………………….. 24

II. 1.3.1. Organitele celulare şi rolurile lor………….. 25 II. 1.3.2. Specializările funcţionale ale celulelor…….. 35 II. 1.3.3. Relativitatea tipologiei funcţionale a celulelor…. 42

SECŢIUNEA a II-a COMPONENTA NERVOASĂ A SISTEMULUI INTEGRATOR

III. Neuronul – celulă excitabilă şi secretorie…………………….. 43 III. 1. Alcătuirea şi structura neuronului……………………….. 45 III. 2. Mecanisme implicate în asigurarea excitabilităţii neuronului…. 54

III. 2.1. Pompe ionice……………………………………. 54 III. 2.1.1. Pompa de Na+-K+…………………….. 55 III. 2.1.2. Pompa de Ca2+……………………….. 57

III. 2.2. Mecanismul de schimb antiport Na+/ H+………. 57 III. 2.3. Sisteme enzimatice la nivelul membranei neuronale… 60

III. 2.3.1. Sistemul enzimaticenergetic (ATP-azele)... 61 III. 2.3.2. Sistemul enzimatic de comunicare……. 61 III. 2.3.2.1. Sistemul adenilatciclazei…. 61 III. 2.3.2.2. Sistemul fosfatidilinozi- tolkinazei………………...

63

6

III. 2.4. Sistemul receptor al membranei………………… 65 III. 2.5. Mecanismul de funcţionare a canalului ionic…… 66

III. 2.5.1. Modelul barierelor (porţilor)…………. 66 III. 2.5.2. Modelul ocluzării……………………. 68

III. 2.6. Mecanisme implicate în realizarea secreţiei neuronale.. 71 III. 3. Procese electroionice la nivelul membranei neuronale….. 73

III. 3.1. Geneza şi întreţinerea potenţialului membranar de repaus (fluxurile ionice active)…………………….

73

III. 3.2. Geneza şi desfăşurarea potenţialului de acţiune (fluxurile ionice pasive)………………………….

75

III. 3.2.1. Deschiderea (activarea) canalului ionic….. 75 III. 3.2.2. Numărul critic de canale deschise şi

pragul de detonare a PA.…………………..

76 III. 3.2.2.1. Excitabilitatea neuronului……. 78 III. 3.2.3. Fluxurile ionice pasive sau desfăşurarea potenţialului de acţiune………………..

80

III. 3.2.3.1. Influxul pasiv al ionilor Na+…... 81 III. 3.2.3.2. Efluxul pasiv al ionilor K+…….. 82

III. 4. Pompa de Na+-K+ –mecanism homeostazic cu autoreglaj…… 83 III. 5. Propagarea potenţialului de acţiune………………..………… 84

III. 5.1. Viteza de propagare a potenţialului de acţiune……….. 86 III. 6. Mecanismul transmisiei sinaptice (comunicarea la inferfaţă)… 87 III. 7. Uzura şi moartea neuronilor………………………………… 88

IV. Neuronul - componentă a sistemului cibernetic elementar………. 90 IV. 1. Polaritatea funcţională a neuronului………………………….. 90

IV. 1.1. Controlul polului de intrare…………………………. 91 IV.1.1.1. Codificarea semnalelor la nivelul zonei de intrare……………………………………..

93

IV. 1.2. Recodificarea semnalelor la intrarea pe axon…………. 95 IV. 1.3. Controlul polului de ieşire…………………………... 95

IV.1.3.1. Decodificarea semnalelor la nivelul butonului terminal……………………………………

96

IV. 2. Interfaţa ieşire-intrare……………………………………….. 97 IV. 3. Canalul ionic ca sistem cu mai multe stări posibile…………… 100 IV. 4. Plasticitatea sinapsei………………………………………….. 101

V. Arcul reflex ca sistem cibernetic…………………………………… 102 V. 1. Ierarhia arcurilor reflexe……………………………………….. 104

V. 1.1. Arcul reflex elementar…………………………………. 104 V. 1.1.1. Receptorul……………………………………. 104

V. 1.1.1.1. Geneza PA la nivelul receptorului… 105 V. 1.1.1.2. Organizarea funcţională a sistemelor receptoare…………………………

106

7

V. 1.1.1.3. Specializarea receptorilor…………. 108 V. 1.1.1.4. Adecvarea receptorilor……………. 115

V. 1.1.2. Calea aferentă a arcului reflex elementar………. 116 V. 1.1.3. Centrul nervos al arcului reflex elementar……... 116 V. 1.1.4. Calea eferentă a arcului reflex elementar……… 117 V. 1.1.5. Efectorul……………………………………… 118 V. 1.1.6. Calea aferentă inversă a arcului reflex………… 121

V. 1.2. Arcul reflex supraelementar……………………………. 122 V. 1.2.1. Calea aferentă a arcului supraelementar………. 123 V. 1.2.2. Centrul nervos al arcului reflex supraelementar... 125 V. 1.2.3. Calea eferentă a arcului reflex supraelementar… 126

V. 2. Noţiunea de organ nervos………………………………………. 126

VI. Relaţii interneuronale în cadrul arcurilor reflexe……………… 129 VI. 1. Relaţii sinaptice (circuite neuronale)………………………… 129 VI. 2. Interrelaţii nonsinaptice……………………………………… 131

VI. 2.1. Relaţii nonsinaptic între corpii celulari………………. 132 VI. 2.2. Interrelaţii nonsinaptice între prelungirile neuronale…. 134

VII. Centrii nervoşi……………………………………………………. 137 VII. 1. Noţiunea de centru nervos…………………………………. 139 VII. 2. Modificări de excitabilitate în jurul focarului stimulat……… 139

VII. 2.1. Creşterea excitabilităţii în jurul focarului (iradierea)…. 139 VII. 2.2. Scăderea excitabilităţii în jurul focarului (concentrarea)…………………………………..

141

VII. 2.3. Iradierea şi concentrarea în suprafaţă şi în volum….. 142 VII. 2.4. Inducţia simultană şi consecutivă…………………. 143 VII. 2.5. Centri nervoşi ca sisteme logice cu mai multe stări posibile..………………………………………….

144

VIII. Formaţiuni ganglionare…………………………………………. 146 VIII. 1. Ganglionii senzitivi…….………………………………… 146 VIII. 2. Ganglionii vegetativi……………………………………... 147

IX. Activitatea integratoare a organelor nervoase…………………… 149 IX. 1. Caracterul unitar al integrării………………………………… 149 IX. 2. Condiţionarea reflexă……………………….………………. 152

X. Privire generală asupra analizatorilor…………………………….. 155

SECŢIUNEA a III-a COMPONENTA ENDOCRINĂ A SISTEMULUI INTEGRATOR

XI. Integrarea endocrină……………………………………………… 161 XI. 1. Mesajul hormonal……..……………………………………... 161 XI. 2. Secreţia de hormoni…………..……………………………… 162

8

XI. 3. Nivelurile de organizare a subsistemului endocrin…………… 163 XI. 4. Structura subsistemului endocrin……………………………. 164 XI. 5. Arcul şi actul reflex endocrin……...………………………… 167 XI. 6. Timpul reflex în integrarea endocrină……………………….. 168 XI. 7. Sferele integrării endocrine……...…………………………… 171

SECŢIUNEA a IV-a SISTEMUL INTEGRATOR NEUROENDOCRIN

XII. Integrarea neuroendocrină………………………………………. 173 XII. 1. Particularităţile integrării neuroendocrine…………………… 174 XII. 2. Arcul şi actul reflex neuroendocrin…………………………. 177 XII. 3. Integrarea neuroendocrină a mediului intern………………... 180

XII. 3.1. Integrarea neuroendocrină în plan termic………….. 180 XII. 3.2. Integrarea neuroendocrină în plan chimic…………. 183

XII. 4. Integrarea neuroendocrină în mediul extern………………… 190 XII. 4.1. Integrarea neuroendocrină în plan material………... 192 XII. 4.2. Integrarea neuroendocrină în plan energetic……….. 193 XII. 4.3. Integrarea neuroendocrină în plan informaţional… 196

XIII. Sferele integrării fiinţei umane………………………………….. 199 Bibliografie selectivă………………………………………………….. 207

9

INTRODUCERE

Organismul viu este un sistem numai în măsura în care deţine o

anumită alcătuire – reprezentată de totalitatea părţilor sale – şi o anumită structură – reprezentată de totalitatea relaţiilor semnificative dintre acestea. El este un sistem deschis întrucât realizează cu ambianţa proprie schimburi de substanţe, energie şi informaţie. În baza acestor relaţii de schimb organismul viu împreună cu ambianţa sa intimă formează un sistem termodinamic în cadrul căruia el reprezintă componenta cu evoluţie rapidă. Întrucât viaţa însemnează ordine, sistemul este viu numai în măsura în care reuşeşte să-şi menţină entropia la un nivel redus. Expresia biologică a entropiei optime este homeostazia sistemului viu, starea de invarianţă relativă a tuturor parametrilor săi fizici, chimici, biochimici şi fiziologici. Între necesitatea invariaţiei parametrilor de stare (calitatea de sistem antientropic) şi necesitatea realizării schimburilor (calitatea de sistem termodinamic deschis) se naşte astfel o contradicţie ce nu poate fi rezolvată în favoarea nici uneia dintre părţi.

Singura soluţie este acceptarea de către sistemul viu a unei anumite toleranţe atât în privinţa constanţei parametrilor proprii, care devine relativă, cât şi în privinţa schimburilor, care devin selective. Or, tocmai limitele acestei toleranţe exprimă nivelul entropiei sistemului viu: cu cât distanţa dintre ele este mai redusă, cu atât nivelul entropiei este mai coborât. Faptul că o anume toleranţă este obligatorie denotă că şi reducerea nivelului entropiei sub o anumită limită este dăunătoare sistemului viu. Menţinerea toleranţei între limite relativ apropiate, deci, păstrarea entropiei la un nivel redus, dar nu oricât de redus, implică necesitatea existenţei unor modalităţi de corectare a abaterilor inevitabile. În timp ce caracterul necesar al corectării izvorăşte din calitatea de sistem antientropic a organismului, inevitabilitatea abaterilor izvorăşte din calitatea de sistem deschis a acestuia, ambele calităţi, aflate într-o vădită contradicţie, condiţionând în mod egal calitatea acestuia de a fi viu. Aceste modalităţi de realizare şi menţinere a constanţei, în condiţiile realizării unor permanente schimburi cu ambientul, sunt reprezentate de procesele integratoare ce cad în sarcina sistemului neuroendocrin.

Integrarea ca proces are la bază principiul universal al reflectării. La rândul ei, reflectarea în lumea obiectivă cunoaşte un continuu proces de devenire în cadrul căruia se pot distinge trei momente esenţiale. Primul este acela al trecerii ei de la forma pasivă la forma activă, specifică lumii vii. Al doilea este momentul în care reflectarea activă devine şi conştientă, ceea ce conferă sistemului viu o nouă dimensiune – cea psihologică. În fine, al treilea

10

este momentul în care reflectarea activă şi conştientă devine şi raţională, prin aceasta sistemul viu dobândind alte două dimensiuni: cea socială şi cea culturală. Ca proces, reflectarea presupune o sumă de relaţii între un reflectant şi un reflectat.

Întrucât reflectantul este reprezentat de sistemul viu, procesul de devenire a reflectării este, în fapt, un rezultat al evoluţiei organismului. Din acest motiv, celor trei momente enumerate mai sus le corespund anumite stadii evolutive ale sistemului viu. Reflectarea este doar activă la toate plantele şi la animalele al căror sistem neuroendocrin este, comparativ cu cel al animalelor superioare, mai puţin dezvoltat. Aceste organisme deţin o singură dimensiune – cea biologică. În dezvoltarea lui ulterioară sistemul neuroendocrin atinge acel nivel de dezvoltare de la care reflectarea devine şi conştientă, iar organismul dobândeşte şi dimensiunea psihologică. La om, dezvoltarea sistemului neuroendocrin este în măsură să asigure o reflectare nu numai activă şi conştientă, ci şi raţională, fiinţa umană devenind cvadridimensională: bio-psiho-socio-culturală. Aflată la capătul unui lung proces evolutiv, al cărui punct de pornire s-a aflat în lumea nevoie, fiinţa umană poate fi considerată ca reprezentând acel nivel de evoluţie al Naturii de la care aceasta devine nu numai conştientă, ci şi responsabilă de propria ei existenţă şi devenire.

Bazată pe formele cunoscute ale reflectării, integrarea fiinţei umane ca procesualitate se dezvoltă şi în plan ontologic într-o manieră similară. Cele patru dimensiuni sunt date prin naştere doar ca premise, dezvoltarea lor ulterioară implicând integrarea progresivă prin mecanisme neuroendocrine în cele patru sfere ale existenţei şi devenirii – biologică, psihologică, socială şi culturală –, integrare bazată pe învăţarea mijlocită şi nemijlocită şi pe memorie. Capacitatea sistemului neuroendocrin de a achiziţiona şi stoca informaţia face posibilă integrarea simultană în trei segmente temporale – prezent, trecut şi viitor –, ea fiind atât retroactivă – prin învăţarea mijlocită şi – constatativă – prin învăţare nemijlocită –, cât şi anticipativă – prin intuiţie creatoare. Integrarea în cele patru sfere ale existenţei şi devenirii, concomitent în cele trei segmente temporale, având atributul de a fi raţională ea este şi critică. Prin integrare fiinţa umană nu se conformează ad-literam unei lumi date, ci ea se raportează acesteia şi şi-o raportează sieşi încât integrarea devine un proces complex şi cu dublu sens: dinspre fiinţă spre lume şi dinspre lume spre fiinţă. Lumea nu este numai un cadru în care fiinţa trebuie acceptată, ci şi un obiect de acceptare pentru aceasta. Acceptarea presupune, însă, criterii, iar criteriile – judecăţi de valoare. Încât, fiinţa umană nu are doar determinare istorică, ci şi autodeterminare. Ea se pune în acord cu lumea numai în măsura în care aceasta se dovedeşte conformă principiilor şi idealurilor specific umane, în caz contrar fiinţa umană purcede la schimbarea lumii în sensul umanizării ei. Încât, fiinţa umană se dovedeşte a fi nu numai produsul, ci şi creatorul lumii. Trăind şi evoluând într-o lume pe care, în mare măsură, singur a modelat-o, omul devine, în fapt, produsul propriei sale creaţii. De aici şi imensa responsabilitate ce o incumbă integrarea raţională a fiinţei umane.

11

SECŢIUNEA I

ORGANISMUL ŞI CELULA

I. ORGANISMUL UMAN CA SISTEM TERMODINAMIC I. 1. Conceptul de sistem Sistemul reprezintă o totalitate de părţi ce coexistă în baza unor

raporturi de intercondiţionare. Aceste raporturi conferă sistemului calitatea de întreg, de entitate distinctă prin însuşirile şi funcţiile sale. Fiind rezultatul unei asocieri integrative (şi nu sumative), însuşirile sistemului sunt ireductibile la suma însuşirilor părţilor componente; plusul calitativ astfel dobândit dă conţinut integralităţii sistemului.

Raportat la realitatea pe care o defineşte, sistemul nu este decât o creaţie teoretică simplificatoare rezultată din sinteza celor mai semnifi-cative cunoştinţe parţiale obţinute prin analiza acelei realităţi. În acest context sistemul nu este decât un model al unei anumite realităţi creat cu scopul să asigure înţelegerea corectă atât a ansamblului real şi a părţilor în cadrul acestuia, cât şi a raporturilor sale cu lumea exterioară.

I. 1.1. Alcătuirea şi structura sistemului Totalitatea părţilor unui sistem defineşte alcătuirea acestuia, iar

totalitatea relaţiilor semnificative dintre ele defineşte structura sistemului. Deşi sistemul nu poate exista decât în baza unei anumite alcătuiri, totuşi, existenţa şi funcţiile sale sunt determinate, în primul rând, de structură. Primordialitatea structurii în raport cu alcătuirea nu trebuie înţeleasă, însă, în mod simplist. Întrucât între anumite componente date nu se pot stabili oricâte şi orice fel de relaţii, structura sistemului devine, la rândul ei, dependentă de calitatea părţilor. Pentru ca un sistem să treacă la o formă superioară de structurare sunt necesare şi anumite schimbări în însăşi alcătuirea sa, fie prin înlocuirea unora dintre componente, fie prin valorificarea altor însuşiri ale componentelor vechi. Pentru a convinge asupra primordialităţii structurii în raport cu alcătuirea se aduc, de regulă, exemple din lingvistică unde mai multe cuvinte (sisteme), deşi conţin aceeaşi alcătuire (aceleaşi litere), au totuşi semnificaţii (funcţii) diferite

12

datorită tocmai modului diferit de interrelare (structurare) a părţilor (literelor) (exemplu: arme, rame, mare). Deşi o asemenea exemplificare este sugestivă, utilă chiar unei analize sumare, ea este nepotrivită, derutantă chiar, atunci când se urmăreşte înţelegerea în profunzime a valorii raportului structură – alcătuire în determinarea calităţii sistemului. Dacă, din acelaşi domeniu, se apelează la o propoziţie sau frază şi nu la cuvânt: „Speram să nu te mai văd; Nu speram să te mai văd”, atunci situaţia se modifică profund, dovedindu-se ceea ce nu se putea dovedi în primul caz şi anume că schimbarea structurii în baza aceleiaşi alcătuiri determină modificări calitative nu numai la nivelul întregului (sistemului), ci şi la nivelul elementelor componente preexistente cărora schimbarea le pune în valoare alte valenţe (semnificaţii) (ceea ce nu era posibil în cazul literelor care nu au decât semnificaţie grafică). În acest exemplu, aceleaşi cuvinte (speram, văd), inversate ca ordine, primesc alte semnificaţii (funcţii).

I. 1.2. Tipuri de sisteme Din unghiul de privire al celor ce ne interesează aici sistemele pot fi

clasificate după trei criterii: a) raporturile cu ambianţa, b) caracterul evoluţiei în timp şi c) modul de întreţinere a funcţionalităţii.

După raporturile cu ambianţa sistemele sunt de trei tipuri: a) sistem izolat care, întrucât nu are frontiere, nu realizează

schimburi; în această situaţie este Universul; b) sistem închis care schimbă cu exteriorul doar energie, aşa cum

este cazul planetei Terra; asemenea sisteme intră în alcătuirea celui dintâi; c) sistem deschis care schimbă cu ambianţa, prin frontierele sale, atât

substanţă şi energie, cât şi informaţie, aşa cum este cazul organismului viu; asemenea sisteme se integrează în sistemul închis.

După caracterul evoluţiei în timp sistemele pot fi entropice şi antientropice. Entropia, care se evaluează numai în plan energetic, este o mărime ce caracterizează evoluţia sistemului şi nu starea lui. Antientropice pot fi numai sistemele deschise, aşa cum sunt organismele vii. Ca sisteme deschise, componente ale sistemului închis (Terra), sistemele antientropice intră în competiţie pentru resursele comune existente în acel sistem închis. Între cele două tipuri de sisteme – entropice şi antientropice – diferenţa majoră constă nu în valoarea diferită a entropiei, ci în valoarea diferită a vitezei de creştere a entropiei. Sistemele deschise antientropice, obligate la permanente schimburi de substanţă, energie şi informaţie, sunt dependente în existenţa lor de prezenţa „partenerului” de schimb numit ambient, împreună cu care formează un sistem termodinamic.

13

După modul de întreţinere în timp a nivelului funcţionalităţii proprii sistemele deschise sunt de două tipuri: sisteme cu reglaj şi sisteme cu autoreglaj, acest din urmă tip cuprinzând organismele vii. Diferenţa esenţială dintre aceste două tipuri de sisteme constă în modul de corectare a abaterilor, inerente funcţionării oricărui sistem. Sistemele cu autoreglaj (organismele vii) se caracterizează prin existenţa unor mecanisme bazate pe conexiunea inversă (feed-back) care permite corectarea comenzilor, sau şi a intrărilor, pe baza valorii şi semnificaţiei răspunsurilor (ieşirilor). Pentru organismele vii evoluate autoreglajul devine mai complex prin apariţia posibilităţii de anticipare a răspunsului (feed-before).

I. 2. Organismul viu ca sistem termodinamic Ca sistem deschis, obligat la permanente schimburi materiale,

energetice şi informaţionale, organismul viu nu poate exista decât în contact nemijlocit cu o parte a mediului înconjurător numită ambient, mediu intim sau mediu extern. Împreună cu acesta organismul viu formează o unitate nouă, de tip special numită sistem termodinamic organism-mediu. În acest sistem coexistă două tipuri de structuri: aceea a organismului viu ca sistem deschis antientropic, cu evoluţie rapidă şi aceea a ambientului ca sistem deschis entropic, numită şi rezervor, cu evoluţie lentă. Existenţa celor două tipuri de evoluţie face ca, atunci când rezervorul se află într-o anumită stare, componenta cu evoluţie rapidă să treacă printr-o succesiune de stări. Dacă timpii de evoluţie a celor două componente devin comparabili, prin scăderea dinamicii sistemului viu, atunci sistemul termodinamic se distruge prin identificarea celor două structuri (moartea organismului).

În cadrul sistemului termodinamic organism-mediu cele două structuri se diferenţiază şi prin valorile diferite ale entropiei. Organismul viu îşi menţine viteza de creştere a entropiei la un nivel redus cheltuind în acest scop o parte importantă din energia de care dispune. La nivelul ambientului, deşi viteza de creştere a entropiei se situează la valori mai ridicate, ea nu este atât de mare ca aceea a sistemelor pur fizice întrucât, în alcătuirea mediului extern organismului, componenta biotică (celelalte vieţuitoare) deţine o pondere superioară componentei abiotice (apă, aer, sol etc.).

Ca sistem antientropic organismul viu nu tinde spre o valoare maximă posibilă a ordinii sale interioare (entropie minimă), ci spre o valoare optimă a acesteia, un anumit grad de dezordine fiind esenţial pentru existenţa şi, mai cu seamă, pentru devenirea sa. Oricare organism viu

14

include în el două tendinţe contrarii: a) de a rămâne mereu ceea ce a fost (conservatorism bazat pe mecanismele eredităţii) şi b) de a deveni mereu altceva (variabilitate bazată pe mecanismele adaptării). Exagerarea pe durate mari a oricărei tendinţe, în detrimentul celeilalte, duce la dispariţia sistemului viu. O valoare prea redusă a entropiei duce la accentuarea conservatorismului şi la moartea organismului prin imposibilitatea adaptării la noi condiţii de mediu, iar o valoare prea ridicată la accentuarea variabilităţii şi la dispariţia speciei prin dispersare adaptativă. Încât, nivelul optim al entropiei, prin care se exprimă gradul adecvat de deschidere a sistemului viu spre ambianţa proprie, nu reprezintă o constantă pentru organismele vii, ci o mărime variabilă în funcţie de specia, sexul şi vârsta organismului individual.

Una dintre condiţiile elementare ale existenţei sistemului este integritatea, lipsa oricăreia dintre componentele specifice făcând imposibilă funcţionarea lui. Cu toate acestea, importanţa fiecărei componente în raport cu funcţionarea sistemului este diferită, creându-se astfel o ierarhie a părţilor. Componenta aflată pe primul loc este aceea la nivelul căreia se realizează secvenţa specifică a procesualităţii ce caracterizează funcţionarea întregului. Astfel, componenta aflată pe primul loc în cadrul sistemului circulator este capilarul, întrucât funcţia întregului este aceea de a asigura schimburile celulare. Desigur, sistemul circulator nu poate funcţiona în absenţa pompei hemodinamice (inima), a vaselor de legătură (artere şi vene) sau a ţesutului lichid (sângele) ce vehiculează obiectele schimburilor (substanţă, energie şi informaţie). Toate acestea, însă, nu au un scop în sine, ci ele se petrec în vederea asigurării schimburilor celulare la nivelul capilarelor, schimburi ce constituie prima treaptă a metabolismului.

I. 2.1. Integralitatea organismului ca sistem termodinamic Pentru a putea exista sistemul trebuie să deţină toate componentele

necesare, deci, să aibă integritate. Aceasta este o condiţie necesară dar nu şi suficientă funcţionării sale. Se impune ca părţile componente să interreleze în mod coerent, conferind astfel sistemului o anumită structură. Această interrelare presupune la rândul ei, o anumită maleabilitate în raport cu circumstanţele, interne sau / şi externe, o permanentă adecvare la condiţiile date. Procesul prin care se realizează concertarea părţilor, astfel încât sistemul să funcţioneze adecvat condiţiilor concrete fără pierderea identităţii proprii, poartă denumirea de integrare. Ea se realizează în baza unor mecanisme specifice. Ca urmare a integrării, din care rezultă un anume tip de structură coerentă, specifică întregului, sistemul dobândeşte un plus calitativ ce nu se regăseşte la nivelul nici uneia dintre părţi.

15

Ansamblul însuşirilor sistemului ce nu poate fi redus la suma însuşirilor părţilor poartă denumirea de integralitate.

I. 2.2. Integrarea sistemului viu Integrarea este procesul complex prin care sistemul viu îşi menţine

entropia1 la un nivel optim în circumstanţe diferite, dar compatibile cu viaţa. În ultima analiză, integrarea este rezultatul interrelării în plan funcţional a părţilor (celule) ce compun sistemul şi care se poate realiza atât direct, ca formă elementară, cât şi prin intermediul unor mecanisme specializate (mecanisme de integrare), ca formă superioară. Interrelarea este posibilă numai întrucât şi părţile componente (celulele) sunt, la rândul lor, sisteme deschise, ca şi organismul, dar de ordin ierarhic inferior. Numai în măsura în care funcţionarea unei părţi (celulă) produce modificări în ambianţa ei intimă, celelalte componente fiind sensibile la asemenea modificări, reciproca fiind în egală măsură valabilă, numai în această măsură este posibilă interrelarea funcţională şi, pe această bază, integrarea în plan intern a organismului.

Cum, însă, oricare componentă a organismului are la bază metabolismul, care implică şi schimburi cu ambianţa intimă, în urma cărora aceasta îşi modifică însuşirile fizico-chimice, interrelarea părţilor (celule) şi, deci, integrarea sistemului, devine funcţie de capacitatea acestora de a sesiza modificările şi de a reacţiona în mod specific faţă de acestea. Aceeaşi problemă se pune şi în legătură cu modificările apărute în mediul exterior organismului în raport cu care se realizează integrarea în plan extern. Încât se poate afirma că la baza integrării, directe sau mijlocite, se află un anumit proces de reflectare a schimbărilor din ambient.

I. 2.2.1. Reflectarea ca proces universal În ansamblul ei, lumea este formată din „corpuri” aflate în

interacţiune. Interacţiunii universale i se datorează nu numai existenţa, ci şi devenirea lumii întrucât consecinţele majore ale acesteia sunt: a) reflectarea corpurilor unele în altele şi b) structurarea prin stabilirea unor relaţii coerente (legice) între ele.

În raport cu tipul şi calitatea corpurilor implicate interacţiunile au grade diferite de complexitate şi, ca urmare, atât reflectarea cât şi structurarea se vor situa la niveluri valorice diferite.

_____________ 1 Utilizarea acestui termen se va face, pe tot parcursul lucrării, cu

înţelesul de „măsură a dezordinii”.

16

În lumea nevie, deşi complexitatea interacţiunilor este foarte diferită, toate formele de reflectare, independent de nivelul valoric atins, au două trăsături comune: sunt pasive şi standardizate; pasive, întrucât reflectantul nu consumă energie proprie şi standardizate, întrucât, în aceleaşi circumstanţe reflectarea este reproductibilă. Este cazul unei bucăţi de fier care reflectă prezenţa oxigenului prin formarea oxidului într-o cantitate ce nu se modifică dacă, de fiecare dată, circumstanţele rămân neschimbate.

În lumea vie, în general, reflectarea, în toate formele ei concrete, este activă şi nestandardizată: activă, întrucât reflectantul (sistemul viu) cheltuieşte energie proprie pentru realizarea procesului de reflectare şi nestandardizată, întrucât, în aceleaşi circumstanţe reflectarea este variabilă în funcţie de starea de moment a reflectantului. Astfel, un stimul de intensitate dată va fi reflectat activ de o celulă numai atunci când membrana ei deţine un potenţial electric de repaus de o anumită valoare; când potenţialul este mai ridicat (hiperpolarizare) sau nul (depolarizare) acelaşi stimul nu va mai fi reflectat, el dovedindu-se neadecvat, respectiv inoperant. În cursul evoluţiei organismele se complexifică apărând formele pluricelulare. Creşterea în acest mod a numărului de celule generează două consecinţe negative în planul integrării: i) cea mai mare parte dintre celulele organismului pierd contactul nemijlocit cu mediul extern, acesta fiind posibil numai pentru cele dispuse la periferie şi ii) fiecare celulă poate interacţiona cu un număr foarte limitat de alte celule şi anume, doar cu cele din imediata vecinătate. Reflectarea nemijlocită nu mai este suficientă nici integrării externe a sistemului în întregul său, nici celei interne, a părţilor componente în cadrul întregului. Astfel apare reflectarea mijlocită de formaţiuni celulare specializate şi integrarea prin mecanisme neuro-endocrine, pe lângă cea anterioară, nemijlocită şi acum insuficientă pentru organism, dar nu ineficientă. Când sistemul integrator neuroendocrin atinge un anume nivel de dezvoltare – fără a putea preciza care este acest moment – reflectarea activă şi nestandardizată devine şi anticipativă, bazată pe conştienţă. Din acest moment integrarea organismului în mediul extern se va realiza nu numai în baza principiului feed-back, adică prin încercare (acţiune) – eroare – reuşită, ci şi în baza principiului feed-before (de anticipare), adică prin cunoaştere – acţiune – reuşită. Pasul următor – fără a putea preciza în ce constă – este acela în urma căruia reflectarea activă şi conştientă devine şi raţională, bazată pe conştiinţă, modalitate specific umană ce aduce, pe lângă imense avantaje în planul integrării şi marele

17

dezavantaj că aceasta poate fi şi subiectivă, în sensul negativ al acestui termen. Fără pretenţia de a oferi definiţii, ne îngăduim o precizare în legătură cu distincţia ce trebuie făcută între conştienţă şi conştiinţă. Deşi atât conştienţa, cât şi conştiinţa sunt forme superioare de reflectare a lumii, conţinutul lor calitativ este net diferit. Lumea ce urmează a fi reflectată deţine, ca sistem, o anumită alcătuire, reprezentată de părţile ce o compun şi o anumită structură, reprezentată de totalitatea relaţiilor semnificative dintre acestea. În timp ce conştienţa este rezultatul reflectării alcătuirii şi a raporturilor spaţio-temporale în cadrul acesteia, conştiinţa trebuie considerată ca rezultat al reflectării structurii lumii, reflectare mijlocită de limbajul raţional, în condiţiile în care reflectantul este integrat acestei structuri.

I. 2.2.2. Modalităţi de integrare Apărute succesiv în evoluţie cele patru modalităţi de integrare:

a) umorală, b) hormonală (endocrină), c) neurală şi d) psihică coexistă la nivelul organismului uman.

Modalitatea umorală este omniprezentă, nespecifică şi nemijlocită. Integrarea de acest tip se face în funcţie de factorii fizico-chimici din lichidul interstiţial (ambianţa intimă a celulelor) care au implicaţii directe în existenţa celulelor: temperatură, osmolaritate, concentraţia O2, CO2, a glucozei, cataboliţilor etc. Ca mediu intim de viaţă, comun mai multor celule, lichidul interstiţial suferă modificări cantitativ-calitative permanente ca urmare a metabolismului. Dacă o celulă anume dintr-un ţesut îşi intensifică metabolismul, schimburile realizate de ea sporesc pe măsură şi, ca urmare, lichidul interstiţial din jurul ei va deveni mai sărac în substanţe nutritive şi O2 şi mai bogat în substanţe reziduale şi CO2. Dar nu numai metabolismul poate genera modificări ale ambianţei intime. Dacă o celulă excitabilă este stimulată, în timpul realizării potenţialului de acţiune au loc importante modificări ale concentraţiilor ionice în faza lichidă ce o înconjoară ca urmare a influxului de Na+ şi Ca2+ şi a efluxului de K+. Toate aceste modificări cantitativ-calitative ale ambianţei intime comune vor fi reflectate de celulele din jur prin modificări în consecinţă ale schimburilor proprii, metabolismului în general sau /şi ale excitabilităţii. Asemenea modificări produse de o celulă anumită nu se resimt, însă, decât pe o rază mică în jurul acesteia (1-3μ), datorită vitezelor de difuzie în general reduse ale particulelor în lichidul interstiţial. Aceste viteze sunt, pentru aceleaşi valori ale gradienţilor (electro) chimici, invers proporţionale cu dimensiunile particulelor, cea mai mobilă particulă fiind ionul H+. Întrucât readucerea la valori normale a parametrilor fizico-chimici ai lichidului

18

interstiţial cade în sarcina irigaţiei sanguine, se înţelege că tocmai aceste viteze de difuzie reduse determină şi densitatea mare a capilarelor la nivelul oricărui ţesut.

Modalitatea endocrină este o formă superioară a integrării, în primul rând, prin înalta ei specificitate. Ea este mijlocită de substanţe active, purtătoare de mesaje (hormoni), sintetizate de anumite formaţiuni celulare şi eliberate, la nevoie, în sânge. Această modalitate de integrare este organizată pe principiul telecomunicaţiei: un emiţător (formaţiunea endocrină) de mesaje (hormonii), un purtător de mesaje (sângele) şi un receptor al mesajelor (situşii receptori la nivelul celulelor) cu decodificator propriu (eliberarea mesagerului de ord. II) (fig.1).

Fig.1

Modalitate endocrină de integrare

Astfel se poate înţelege că specificitatea integrării endocrine depinde nu numai de tipul mesagerului, ci şi de calitatea receptor-decodificatorului. Integrarea prin această modalitate este relativ lentă întrucât mesajele (hormonii) sunt purtate de sânge, a cărui viteză de deplasare în vase este relativ mică (aproximativ 0,5 m /sec.). Reducerea acestui consum de timp se realizează, pentru anumite cazuri, prin: a) scurtarea circuitului vascular sub forma sistemului

19

portal, aşa cum se întâmplă între nucleii secretori din hipotalamus şi adenohipofiză, precum şi între pancreasul endocrin şi ficat (fig. 2); b) declanşarea eliberării hormonului din glandă sub comandă nervoasă, mult mai rapidă, aşa cum este cazul medulosuprarenalei şi c) declanşarea eliberării hormonului sub acţiunea directă a variaţiei parametrului ce urmează a fi reglat, cum este cazul paratiroidelor (subliniem că oricare altă glandă endocrină eliberează hormoni şi în acest mod, pe lângă eliberarea sub acţiunea stimulinelor specifice, dar la paratiroide acest mecanism autonom este exclusiv).

Fig. 2

Sistemul portal ca modalitate de reducere a consumului de timp în integrarea endocrină.

SA –sânge arterial; SV- sânge venos; TC – teritorii capilare Modalitatea neurală de integrare, formă evoluată bazată pe

acelaşi principiu al telecomunicaţiei, aduce două avantaje majore comparativ cu cea endocrină. În primul rând, o viteză imens mai mare de circulaţie a informaţiilor şi comenzilor pe căile purtătoare (peste 150 m /sec.), ceea ce are drept consecinţă o creştere a promptitudinii răspunsului. În al doilea rând, bazându-se pe semnale fizice (variaţii ale potenţialelor electrice), discrete şi uşor cuantificabile, semnalele pot dobândi o gamă mult mai largă de semnificaţii fiziologice (prin variate modalităţi de asociere a semnalelor, întocmai precum literele în cuvinte), iar integrarea un imens spor calitativ prin evitarea standardizării răspunsurilor (acestea fiind în mult mai mare măsură dependente de starea de moment a sistemului, decât de specificul

20

stimulilor ce le-au declanşat). Această nouă şi superioară modalitate de integrare a apărut, desigur, într-o formă iniţială primitivă, apanaj al organizării difuze, necentralizate a primilor neuroni. De la acest stadiu şi până la om întreaga evoluţie a lumii animale a însemnat, în fond şi în primul rând, evoluţia sistemului nervos. Este esenţial eronată concepţia potrivit căreia evoluţia sistemului viu ar avea loc „în masă”, în mod uniform şi concomitent pentru toate părţile sale componente.

Apărută pe fondul celei endocrine, modalitatea neurală de integrare nu s-a substituit acesteia, ci şi-a internalizat-o asigurându-i un nou ritm, al propriei deveniri. Ea a preluat de la cea dintâi şi a dezvoltat limbajul chimic pe care îl utilizează, desigur, la nivel superior, atât în comunicarea neuro-neuronală, cât şi în cea neuro-efectorie (neurotransmiţătorii, neuromodulatorii şi chiar hormonii produşi şi eliberaţi de noile formaţiuni – neuronii). Încât modalitatea neurală de integrare este, în realitate, una neuro-endocrină (oricum, neuro-chimică). Mai mult, elementele componente ale mecanismelor neurale (neuronii) suportă la rândul lor, ca şi alte celule, influenţele generale ale hormonilor. Astfel, între cele două modalităţi de integrare se stabilesc raporturi de intercondiţionare, suficient de pregnante pentru a constitui o nouă structură a unui sistem unitar – sistemul neuroendocrin.

Modalitatea psihică de integrare specifică omului (şi animalele deţin o asemenea modalitate dar calitativ inferioară), operând cu alte mijloace, dar bazate pe cele neuroendocrine, va face obiectul unui alt paragraf, întrucât înţelegerea ei presupune şi alte cunoştinţe ce se vor dobândi pe parcurs.

21

II. CELULA CA SISTEM TERMODINAMIC

II. 1. Organizarea funcţională a celulei Celula, împreună cu ambientul ei, constituie cel mai simplu sistem

termodinamic la nivelul căruia se desfăşoară viaţa. În ultimă şi succintă analiză, viaţa înseamnă existenţă şi devenire. Existenţa şi devenirea nu sunt însă procese separate care să se realizeze prin structuri diferite, ci două laturi ale aceluiaşi proces unitar – viaţa – la desfăşurarea căruia contribuie, în măsură diferită, toate componentele celulei.

II. 1.1. Celula ca sistem deschis În această calitate celula realizează cu ambianţa intimă (lichidul

interstiţial) schimburi de substanţă, energie şi informaţie (fig.3).

Fig. 3

Celula ca sistem termodinamic. SN – substanţe necesare; SR – substanţe reziduale; Ei – energia la intrare; E0 – energia la ieşire; Ii – informaţia la intrare; I0 – informaţia la ieşire; CSA – jumătatea arterială a capilarului sanguin; CSV – jumătatea venoasă a capilarului sanguine

Substanţa intrată în celulă este supusă unor transformări chimice

(biochimice) cu participarea enzimelor care, la rigoare, sunt de două tipuri:

22

de combinare, când substanţe mai simple se leagă între ele, cu consum de energie, generând substanţe mai complexe, proces numit anabolism şi de descompunere, când substanţe complexe sunt desfăcute în substanţe mai simple, cu eliberare de energie, proces numit catabolism. Deşi anabolismul şi catabolismul sunt procese antagonice, ele sunt, în acelaşi timp, unitare, condiţionându-se reciproc. În mod similar energia şi informaţia de la intrare sunt supuse unor transformări specifice la nivel celular. În urma proceselor de transformare internă suportate de substanţa, energia şi informaţia de la intrare rezultă, în spaţiul celular, noi tipuri şi forme de substanţă, energie şi informaţie care vor avea o dublă destinaţie: pentru utilizare intracelulară ca elemente constitutive şi funcţionale şi pentru eliminare din celulă (ieşiri) ca elemente utile altor celule (exemplu: secreţiile de hormoni, enzime, mediatori, modulatori etc.) şi ca substanţe toxice (reziduuri metabolice: NH3, uree, CO2). Totalitatea proceselor de schimb cu ambianţa (intrări-ieşiri) şi a transformărilor interne (anabolice şi catabolice) constituie metabolismul.

Prin urmare, metabolismul nu este o însuşire a celulei, ci însuşi modul ei de a exista într-o ambianţă determinată: metabolismul este condiţia sistemului viu – ca sistem termodinamic. Abia de la acest nivel şi pe această bază se pot manifesta însuşirile celulei: excitabilitatea, conductibilitatea, contractilitatea, secreţia etc.

Ca totalitate de procese corelate, metabolismul celulei se poate desfăşura, în raport cu circumstanţele, la intensităţi diferite cuprinse între o valoare minimă admisibilă (bazală) şi una maximă posibilă. Oricare celulă integrată unui organism pluricelular are de îndeplinit şi sarcini în folosul întregului, pe lângă cele pentru sine. Aceasta impune ca întregul să poată interveni în reglarea intensităţii metabolismului fiecărei celule.

II. 1.2. Reglarea metabolismului celular Prin realizarea schimburilor celula induce modificări cantitativ-

calitative în ambianţa sa intimă (lichidul interstiţial), concentraţia substanţelor necesare la intrare reducându-se progresiv, concomitent cu sporirea concentraţiei substanţelor rezultate la ieşire. Refacerea compoziţiei la nivelul interstiţiului cade în sarcina capilarului care va asigura, prin mecanisme proprii de transport, trecerea din sânge a substanţelor necesare şi spre sânge a celor rezultate, astfel încât ambianţa intimă a celulei să se menţină cvasiconstantă (homeostazia mediului intern).

Întrucât metabolismul celular cuprinde atât schimburile, cât şi transformările interne, intensificarea sa va implica sporirea valorică a

23

ambelor procese. Pentru intensificarea schimburilor trebuie să sporească, în primul rând, cantitatea de substanţă necesară la intrare. Aceasta, însă, nu se poate realiza prin sporirea concentraţiei acestor substanţe în sânge decât în foarte mică măsură şi anume, în limitele de variaţie admise de homeostazia organismului. De aceea, singura modalitate de sporire a intrărilor rămâne creşterea fluxului sanguin prin capilar realizată prin vasodilataţie şi prin creşterea debitului cardiac. (Debitul cardiac = frecvenţa cardiacă × volumul sistolic) (fig. 4).

Întrucât cantitatea totală de sânge este cvasiconstantă în organism

(aproximativ 8% din greutatea corpului), creşterea fluxului capilar prin vasodilataţie în teritoriul de activitate maximă se însoţeşte de vasoconstricţie în alte teritorii. Se asigură astfel o permanentă redistribuţie a sângelui între diversele sectoare ale organismului în funcţie de necesităţile momentului. Din acest motiv metabolismul nu poate atinge valori maxime concomitent în două sectoare funcţionale mari. În timpul unei activităţi intense la nivelul sistemului locomotor (alergare cu viteză maximă) cea mai mare parte din sângele organismului este distribuită, prin vasodilataţie, la acest nivel în detrimentul altor sisteme la nivelul cărora se va produce vasoconstricţie (sistemul digestiv). Sporirea debitului cardiac se realizează prin creşterea frecvenţei de pulsaţie a inimii de la valoarea de repaus (75 p/min.), până la valoarea maximă fiziologică (180 p/min), precum şi, în intervale mari de timp, prin creşterea volumului sistolic (de la 75-80 ml. la peste 100 ml.), aşa cum se întâmplă la marii atleţi în urma mai multor ani de antrenament.

Când schimburile la nivelul capilarelor sunt intensificate prin mecanismele descrise mai sus se ajunge la un moment în care cantitatea de

Fig. 4 Mijloacele reglării metabolismului.

M – Metabolism; MB–metabolism bazal; S – solicitare; T – timp.

24

substanţe necesare la intrare este superioară capacităţii de prelucrare a lor în spaţiul intracelular. Intensificarea acesteia nu este posibilă decât prin creşterea în mod diferenţiat a vitezelor de reacţie catabolice şi /sau anabolice. Cum toate aceste reacţii sunt catalizate de enzime intensificarea transformărilor interne specifice va putea fi realizată numai prin stimularea activităţii unora dintre acestea şi inhibarea altora. Asemenea modificări ale activităţii enzimatice cad în sarcina hormonilor.

Reglarea metabolismului celular trebuie înţeleasă ca o procesualitate continuă şi unitară, separarea în etape şi faze distincte întreprinsă de noi mai sus având doar un scop didactic. Intervenţia hormonilor nu trebuie considerată o soluţie de ultimă instanţă, ea fiind prezentă gradual tot timpul şi la toate nivelurile, inclusiv la capilare. Hormonii intervin tot timpul nu numai în reglarea vitezei de realizare a transformărilor intracelulare, ci şi în realizarea vasomotricităţii, a schimburilor transcapilare, precum şi în modificarea ritmului cardiac.

II. 1.3. Alcătuirea şi structura celulei Componentele supramoleculare prin care se asigură realizarea

metabolismului şi îndeplinirea funcţiilor specifice sunt organitele celulare. Totalitatea organitelor unei celule defineşte alcătuirea, iar totalitatea relaţiilor funcţionale semnificative stabilite între acestea, în urma cărora rezultă metabolismul şi, pe baza acestuia funcţiile specifice, defineşte structura celulei. Organitele sunt scăldate de hialoplasmă – soluţie apoasă coloidominerală aflată în spaţiul delimitat de membrana periplasmatică. Distincţia ce o facem între activitatea organitelor desfăşurată doar în scopul asigurării existenţei celulei şi aceea în scopul realizării funcţiilor specifice permite gruparea componentelor celulare în organite ce asigură desfăşurarea metabolismului şi organite (aceleaşi sau altele) care asigură îndeplinirea funcţiilor specifice fiecărei categorii celulare. O astfel de grupare deţine deci o bază reală şi nu urmăreşte doar un scop didactic. Problema nu trebuie privită însă în mod simplist. În ultimă şi succintă analiză se poate constata că oricare celulă a unui organism pluricelular are o activitate fiziologică pentru sine şi una pentru întregul în care este integrată. Dacă cea dintâi face posibilă existenţa în sine a celulei, cea de-a doua face posibilă existenţa sistemului în care ea este cuprinsă. Fără această din urmă activitate celula îşi pierde calitatea de componentă a organismului şi, implicit, raţiunea de a exista în cadrul acestuia. Admiţând că o astfel de

25

celulă ar fi eliminată din organism, viaţa ei nu ar mai fi posibilă deoarece, cât timp a existat în cadrul organismului, ea a fost nu numai „aservită” intereselor întregului, ci şi „deservită” la rândul ei de restul celulelor din organism şi aceasta nu numai în interesul funcţionării, ci şi al propriei existenţe. Distincţia ce trebuie făcută între activitatea pentru sine şi cea pentru întreg poate fi mai uşor înţeleasă dacă vom compara celula-organism a unui protozoar cu celula-parte a unui metazoar. În timp ce organitele celei dintâi sunt angajate exclusiv în activităţi destinate existenţei proprii, aceleaşi organite ale celei din urmă vor desfăşura în plus şi activităţi destinate întregului în care este cuprinsă. Pe de altă parte, este de remarcat faptul că integrarea într-un organism pluricelular duce şi la o accentuată diferenţiere prin specializarea funcţională a celulelor, un fel de „diviziune socială a muncii” în folosul întregului. De aici decurge o anume îngustare a activităţii celulei-parte, comparativ cu celula-organism care este obligată să-şi rezolve singură toate problemele existenţei. Pe de altă parte trebuie reţinut faptul că activitatea pentru sine este condiţie esenţială a activităţii pentru întreg: înainte de a putea funcţiona în mod specific, celula trebuie mai întâi să existe biologic, deci, în mod nespecific. Dacă, însă dintr-un motiv oarecare, o celulă ajunge într-o situaţie limită care îi periclitează existenţa (starea morbidă), activitatea pentru întreg va fi prima sacrificată, desigur, temporar, întreaga energie internă fiind cheltuită doar în activitatea pentru sine. În această situaţie, mecanismele integratoare ale organismului vor interveni mobilizând la activitate sporită alte celule nu atât în vederea restabilirii normalităţii pentru celula în cauză, cât, mai cu seamă, în vederea suplinirii ei în plan funcţional.

II. 1.3.1. Organitele celulare şi rolurile lor Întrucât la capitolul destinat neuronului vom insista mai mult asupra

acestor probleme, aici ne vom rezuma la prezentarea organitelor şi a rolurilor pe care acestea le îndeplinesc, dintr-o perspectivă general biologică.

Membrana periplasmatică are de îndeplinit numeroase roluri ce derivă, în primul rând, din poziţia pe care ea o ocupă în cadrul celulei. Departe de a fi o simplă „condensare a citoplasmei”, membrana are o organizare macromoleculară complexă în baza căreia: a) delimitează entitatea vie de mediul ambiant neviu; b) asigură realizarea schimburilor materiale şi energetice în cadrul metabolismului; c) stabileşte relaţii

26

mecanice, metabolice şi informaţionale bilaterale cu celelalte celule din organism şi relaţii informaţionale unilaterale cu mediul ambiant şi d) contribuie la exprimarea identităţii celulare în raporturile sale posibile cu alte organisme prevenind astfel „omogenizarea biologică” atât de dăunătoare evoluţiei.

a) Deşi membrana periplasmatică are o delimitare anatomică netă, limita dintre spaţiul celular şi lichidul interstiţial este mai mult o „zonă” decât o „linie” de demarcaţie. La majoritatea celulelor, membranei propriu-zise îi sunt ataşate, de o parte şi de alta, două formaţiuni de proteine complexe fibrotubulare cu o organizare ce devine tot mai difuză pe măsura îndepărtării de membrană: citoscheletul, la faţa internă şi glicocalixul, la cea externă.

Datorită acestor formaţiuni proteice complexe, produse prin sinteză celulară şi mereu reîmprospătate, porţiunea de lichid interstiţial în care se distribuie reţeaua de glicocalix va avea alte proprietăţi decât zonele din afara acesteia, după cum şi porţiunea de citoplasmă în care se distribuie citoscheletul va fi diferită calitativ faţă de zonele mai profunde (fig. 5).

Astfel, pe o anumită distanţă lichidul extern este supus

influenţelor celulei, iar citoplasma influenţelor mediului extern, încât, trecerea de la viu la neviu este graduală ea implicând o zonă relativ largă din cele două domenii. Desigur, atât glicocalixul, cât şi citoscheletul îndeplinesc şi alte roluri

b) Schimburile material-energetice dintre celulă şi mediul extracelular fac parte integrantă din metabolism, alături de transformările

Fig. 5 Zona de demarcaţie (ZD) dintre citoplasmă şi lichidul interstiţial. GCX – glicocalix; MPP – membrana periplasmatică; CSC – citoschelet

27

chimice şi biochimice interne. Transferul transmembranar se realizează, în ambele sensuri (intrări, ieşiri) prin mecanisme atât pasive, în baza difuziunii, cât şi active, în baza unui anume consum de energie matabolică (ATP). Ar fi greşit să considerăm existenţa celor două mecanisme în corelaţie directă cu două categorii de substanţe: pasiv – pentru cele difuzibile şi activ pentru cele nedifuzibile. În fapt, existenţa lor este determinată de interesele celulei, una şi aceeaşi particulă (ionii Na+, K+, Ca2+, glucoză) putând fi tranzitată atât pasiv, cât şi activ. Ar fi de asemenea eronat să considerăm că mecanismul pasiv, bazat pe legi fizico-chimice, nu poate fi controlat de celulă. Închiderea şi deschiderea canalelor ionice, ca şi trecerea fosfolipidelor membranare de la o textură compactă la una afânată sunt două din modalităţile prin care se exercită acest control. Transportul activ are două modalităţi de realizare, celula apelând la unul sau altul dintre ele nu numai în funcţie de interesele proprii, ci şi de circumstanţele ambientale. Când interesele o impun şi compoziţia mediului extern o permite celula transferă substanţe spre interior apelând la endocitoză (fig. 6) (pinocitoză; pinein = a bea), „înghiţând” realmente mici picături de lichid extern prin formarea de vezicule la nivelul membranei pe care şi le internalizează utilizându-le conţinutul. Endocitoza este o modalitate de transfer cu un randament maxim, dar cu o selectivitate minimă.

Când compoziţia lichidului extern este variabilă şi, în parte, străină intereselor sale, conţinând şi substanţe indezirabile, celula foloseşte mecanismul de transfer prin transportori specializaţi (fig.7).

O particulă transportoare, componentă a membranei, leagă stereospecific molecula de transportat pe care o deplasează la cealaltă faţă a membranei unde o eliberează, reluând ciclul. Formarea complexului transportor – moleculă şi desfacerea lui sunt procese catalizate de enzime

Fig. 6 Transferul activ prin endocitoză: patru faze succesive (1-4) în formarea veziculelor

28

specifice situate la faţa externă, respectiv internă a membranei. Datorită stereospecificităţii legăturii dintre transportor şi particula de transportat această modalitate este de înaltă selectivitate, dar de randament scăzut.

c) Integrarea necesară oricărui sistem viu are aspecte particulare la

organismul pluricelular. Dispusă la periferia celulei, membranei periplasmatice îi revin roluri multiple în acest sens. Ea asigură, în primul rând, adeziunea dintre celule vecine în cadrul ţesutului prin intermediul desmozomilor (fig. 8).

Desmozomii sunt îngroşări alungite ale membranei care proemină la

exterior spre altele similare ale celulei vecine. Ele se leagă prin proteinele existente la acest nivel în cantitate mai mare, unele dintre acestea prelungindu-se în spaţiile celulare creând aparenţa unei continuităţi de la o celulă la alta. O altă modalitate de legare a celulelor vecine este cea prin

Fig. 7 Transferul activ prin transportor. M – molecula de transport; T – transportorul; MPP – membrana periplasmatică; E1,2 – enzime

Fig. 8 Joncţiuni intercelulare. A – desmozomi; B – punţi citoplasmatice (PC)

29

joncţiuni cu punţi citoplasmatice prin care se asigură o comunicare directă a citoplasmei celor două formaţiuni. În acest mod, cele două celule formează o entitate asociativă supracelulară cu funcţii unitare, joncţiunea asigurând o integrare nu numai mecanică, ci şi funcţională.

În plan informaţional celulele organismului trebuie să comunice între ele la distanţă mai mică (direct prin lichidul interstiţial) sau mai mare (prin sânge şi lichidul interstiţial) prin intermediul unor mesageri chimici eliberaţi la exterior, punându-şi astfel în acord nivelul metabolismului cu starea funcţională. Această necesitate de comunicare presupune existenţa la nivelul celulelor atât a capacităţii de a sintetiza şi elibera mesageri chimici proprii, cât şi a celei de a-i recepta pe ai altora (chiar şi a celor proprii, în unele cazuri). Cercetările din ultima vreme au condus la rezultate ce întăresc tot mai mult convingerea că toate celulele organismului (cu foarte puţine excepţii) sunt capabile să sintetizeze şi să elibereze în lichidul interstiţial substanţe cu rol de mesageri intercelulari. De asemenea, toate celulele au capacitatea de a-şi produce receptori pentru mesageri pe care îi plasează la faţa externă a membranei. Legarea stereospecifică a mesagerului de receptorul membranar determină modificări metabolice şi funcţionale specifice la nivelul celulelor ţintă. Un asemenea mijloc de comunicare poate fi considerat ca un microsistem integrator cu efecte pe spaţii restrânse în cadrul aceluiaşi ţesut. Pentru o acordare metabolică şi funcţională la nivelul întregului organism, unele ţesuturi se specializează în producerea de mesageri chimici (hormoni) care, eliberaţi în sânge, vor fi transportaţi cu acesta până la organele şi ţesuturile ţintă. Din acest motiv, celulele poartă pe membrana lor receptori specifici pentru acei hormoni al căror rol integrator general este dovedit prin modificările metabolice şi funcţionale produse la nivelul ţesuturilor şi organelor. În fine, anumite celule sunt specializate pentru captarea variaţiilor factorilor fizico-chimici din mediul extern. Aceste celule intră în alcătuirea segmentelor periferice ale analizatorilor. Ele se caracterizează prin existenţa la nivelul membranelor proprii a unor adaptări anatomice şi structurale capabile să asigure conversia energiilor fizică şi chimică în semnale electrice specifice (potenţiale de acţiune).

d) Condiţia minimă a evoluţiei este variabilitatea individuală. Dacă toţi indivizii unei populaţii (specii) vor fi identici sub raportul însuşirilor lor evoluţia ar înceta deoarece selecţia naturală nu ar mai avea obiect. Una dintre posibilităţile de producere a omogenizării indivizilor ar fi aceea a imixtiunii celulare de la un organism la altul. Pentru ca imixtiunea să nu fie posibilă, celulele fiecărui organism sunt „marcate prin semne distinctive” astfel încât ele să fie recunoscute ca străine în cazul pătrunderii lor într-un

30

alt organism. Pe suprafaţa externă a membranelor lor toate celulele poartă anumite complexe proteice cu rol de „carte de identitate”, numite antigene. În cazul pătrunderii într-un alt organism o astfel de celulă este recunoscută de sistemul imunitar al acestuia ca fiind un „non self” şi tratată în consecinţă. Fiecare individ deţine pe membranele celulelor proprii seturi de astfel de antigeni a căror specificitate pare că nu rezidă atât în natura lor chimică, cât în organizarea lor spaţială (sterică). Din acest punct de vedere antigenii pot fi asemănaţi cu receptorii pentru neurotransmiţători, hormoni şi neuromodulatori, cu atât mai mult cu cât şi modul lor de comportare biochimică este similar acestora. Desigur, antigenii membranari nu folosesc organismului purtător, ci numai organismului în care s-ar produce imixtiunea celulelor (sau fragmentelor acestora) aparţinând celui dintâi.

Reticulul endoplasmatic (fig.9) este un ansamblu de microtuburi cu diametrul de aproximativ 600 Aº ai căror pereţi sunt formaţi de endomembrane cu organizare similară membranei periplasmatice cu care, de altfel, se şi continuă.

Din loc în loc, microtuburile dau naştere la dilataţii sau formează

mici vezicule independente. Dacă matricea endomembranelor este tot fosfolipidică, tipul biochimic al fosfolipidelor, ca şi al proteinelor sunt total diferite de cele din membrana periplasmatică. Majoritatea proteinelor sunt proteine transportor şi enzime. Rolurile majore ale reticulului sunt două: i) distribuţia uniformă a substanţelor ce constituie intrările celulare în toată

Fig. 9 Reticulul endoplasmatic. LI – lichid interstiţial; MPP – membrana periplasmatică: V – formaţiune veziculară; O – ieşiri din citoplasmă în reticul; I – intrări din reticul în citoplasmă; N – nucleu.

31

masa citoplasmei, respectiv eliminarea uniformă a substanţelor ce constituie ieşirile din toată citoplasma şi ii) mărirea suprafeţei de schimb, în ambele sensuri, între citoplasmă şi mediul ambiant (lichidul interstiţial) care circulă prin microtuburi.

i) În citoplasma propriu-zisă, ca şi în lichidul interstiţial, deplasarea dintr-un punct în altul a substanţei nu se poate realiza decât prin difuziune, în baza unor gradienţi (electro) chimici. Cum însă, viteza de difuzie este o mărime ce scade proporţional cu reducerea gradientului, şi ea stă în raport de inversă proporţionalitate cu mărimea particulei, absenţa reticulului ar implica un mare consum de timp pentru difuzia, mai cu seamă, a macromoleculelor de la membrană până la punctul de utilizare.

ii) Pe de altă parte, reticulul endoplasmatic oferă o mult mai mare suprafaţă pentru schimburile celulare decât membrana periplasmatică, punându-le, astfel, în acord cu intensitatea transformărilor interne. De asemenea, suprafaţa mare a reticulului, ca şi distribuţia sa în toată masa citoplasmei oferă un sediu potrivit pentru fixarea enzimelor ce catalizează sintezele, în special, lipidice şi glucidice.

Ribozomii sunt formaţiuni corpusculare (pline) cu un bogat conţinut de RNA şi proteine. Rolul lor este acela de a asigura formarea legăturilor peptidice în cadrul sintezei proteice, legând între ei aminoacizi în ordinea dictată de RNAm (mesager), trimis în citoplasmă de nucleul celular. Cu cât celulei i se solicită (funcţie pentru întreg) o sinteză proteică mai intensă, cu atât mai mare va fi numărul ribozomilor. Creşterea randamentului sintezei doar pe baza creşterii numărului de ribozomi este limitată, la un moment dat, de consumul mare de timp necesar materiei prime (aminoacizilor) pentru a difuza de la faţa citoplasmatică a reticulului până la ribozomi. În consecinţă, anularea acestei pierderi de timp se va realiza prin apropierea de reticul şi ataşarea de el a ribozomilor. În acest mod ia naştere, prin asocierea ribozomilor la reticul, ergastoplasma, organit specific celulelor cu o sporită producţie pentru „export” (producţia de substanţă necesară întregului şi nu celulei), celulele secretorii.

Aparatul Golgi (fig.10) este un ansamblu de cisterne cu pereţii formaţi de endomembrane în care sunt depozitaţi temporar produşii rezultaţi din sintezele celulare pentru „export.” În contact cu membranele cisternale, ale căror componente nu sunt pasive, produsul sintetizat suferă transformări calitative majore ce pot fi asimilate unui proces de „maturare”, de „înnobilare” calitativă. Încât, aparatul Golgi trebuie considerat ca un

32

„depozit” activ în raport cu produsul înmagazinat. Întrucât produsul sintetizat este destinat „exportului”, eliberarea sa din depozit trebuie făcută numai la solicitare (comandă). Pentru a se exclude riscul unor eliberări intempestive, sub acţiunea unor factori externi nespecifici, aparatul Golgi este dispus mai în profunzimea citoplasmei, deci, mai aproape de nucleul celulei. Pentru eliberarea, prin exocitoză, a produsului depozitat relaţia aparatului Golgi cu reticulul endoplasmatic este esenţială.

Lizozomii (liză = desfacere, rupere) sunt organite veziculare (0,2-0,5μ diametru), mărginite de endomembrană, care include în ele enzime hidrolitice (de descompunere, implicate în catabolism). Rolul lor este de a asigura transformarea proteinelor în aminoacizi, a trigliceridelor în acizi graşi şi glicerol şi a polizaharidelor în monozaharide, toţi produşii rezultaţi fiind utilizaţi în alte scopuri. Cu cât „digestia” intracelulară trebuie să fie mai intensă, cu atât numărul lizozomilor este mai mare. De aceea, numărul lor maxim este specific celulelor fagocitare (leucocite, celule gliale, osteoclaste, celule conjunctive, celulele Kupffer din endoteliul sinusoidelor hepatice).

Mitocondria (fig. 11) este organitul la nivelul căruia, prin fosforilare oxidativă, se realizează transformarea şi înmagazinarea microcuantelor energetice din substanţele nutritive (aminoacizi, acizi graşi, glicerol, monozaharide) în macrocuante din compuşii fosforilaţi ai adenozinei (ATP), guanozinei (GTP) şi creatinei (CP). În fapt, oricare proces fiziologic (contracţie, transport activ, sinteză etc.) nu poate fi realizat decât prin

Fig. 10 Secţiune prin aparatul Golgi din celula secretorie. MPP – membrana periplasmatică; SS – suprafeţe de secţiune; AG – aparat Golgi; N – nucleu

33

utilizarea unor cuante mari de energie eliberate prin scindarea enzimatică a ATP-ului, deoarece microcuantele din substanţele nutritive sunt insuficiente amorsării lui. Adenozintrifosfatul se instituie, astfel, ca o „valută forte” în plan energetic.

El nu reprezintă, însă, decât un intermediar de conversie, eliberând

prin scindare energia metabolică necesară activităţilor fiziologice şi consumând, pentru refacere, energia eliberată prin arderea hidrogenului adus de substanţele organice alimentare (acidul piruvic, ca termen intermediar comun pentru glucide, lipide şi protide) cu oxigenul adus de respiraţie. Mitocondria se prezintă astfel ca o „bancă” în care „valuta energetică ordinară” (cuantele microergice) este transformată (nu schimbată!) în „valută energetică forte” (cuante macroergice). Din punct de vedere energetic celula, deci şi organismul, se dovedeşte a fi un „motor cu hidrogen”, total nepoluant. Forma mitocondriilor este, în general, ovală cu dimensiuni de 1-3 μ lungime şi 0,3-0,6 μ grosime. Prezintă o membrană dublă, cea internă fiind pliată din cauza suprafeţei mult mai mari. În conversia energetică membranele mitocondriate joacă un rol esenţial ele fiind sediul unor importante enzime fixate şi al unor foarte active mecanisme de transport activ, în special pentru H+.

Nucleul este organitul celular aflat pe primul loc în ierarhia componentelor celulare. Aceasta întrucât la nivelul lui se găsesc depozitate informaţiile genetice prin care se asigură continuitatea în timp a speciei. Din punct de vedere cibernetic el poate fi considerat un „soft” complex, „hardul” fiind reprezentat de restul celulei. De la nivelul nucleului mesajul genetic este trimis în citoplasmă prin intermediul RNAm (mesager), generat

Fig. 11 Mitocondria (parţial secţionată). MI – membrana internă cu suprafaţa mare; MF – membrana externă

34

prin fragmentarea DNA (care, apoi, se reface în procese anabolice specifice). Este cel mai mare organit situat, de regulă, în centrul geometric al celulei. Fiind esenţial pentru transformările biochimice din citoplasmă, nucleul poate ocupa şi poziţii periferice situându-se de partea polului celular care deţine cea mai ridicată intensitate funcţională. Când celula are dimensiuni mai mari şi un metabolism mai intens, pentru asigurarea uniformizării activităţii celulare nucleul se poate fragmenta în două sau mai multe părţi. În cazurile de fragmentare, materialul genetic este acelaşi în toate formaţiunile rezultate. De aceea, termenul de celulă bi sau polinucleată nu este corespunzător, el trebuind înlocuit cu acela de celulă cu nucleu fragmentat. Membrana nucleului, unic sau fragmentat, este dublă, spaţiul dintre membranele sale aflându-se în comunicare directă cu reticulul endoplasmatic. Carioplasma (plasma nucleului) comunică direct cu citoplasma prin pori largi ce străbat ambele membrane şi care reprezintă, cel mai probabil, calea de trecere a RNAm (fig. 12).

Centrozomul este o formaţiune bicorpusculară (doi centrioli)

înconjurată de o porţiune de citoplasmă cu altă densitate decât cea a masei celulare (fig. 13).

Rolul funcţional este acela de centru cinetic al celulei, responsabil, în primul rând, de mişcările cromozomilor din timpul diviziunii celulei. De aceea, el lipseşte la celulele care nu se mai divid, printre care şi neuronul.

Fig. 12 Membrana dublă a nucleului; REP – reticul endoplasmatic; ME – membrana externă; MI – membrana internă; MN – material nuclear

35

În legătură cu această problemă trebuie remarcată diferenţa dintre

neuron şi celelalte celule care nu se mai divid (limfocitul, eritrocitul). În timp ce la hematie şi limfocit pierderea capacităţii de diviziune se asociază cu o durată de viaţă a celulei foarte limitată (de ordinul câtorva, până la câteva zeci de zile), la neuron ea este asociată cu un turnover foarte dinamic, un proces de reîmprospătare şi revigorare permanentă a celulei prin înlocuirea macromoleculelor vechi din organitele sale cu altele noi. Acest proces este mai accentuat la nivelul formaţiunilor sinaptice unde turnoverul poate dura, în anumite circumstanţe, mai puţin de o oră. Încât, deşi neuronul este aparent acelaşi, în fapt el este mereu altul.

II. 1.3.2. Specializările funcţionale ale celulelor Celulele sunt supuse în organism unei reale „diviziuni sociale a

muncii”, ele specializându-se într-o anumită direcţie funcţională imperios necesară existenţei întregului. Celulele având aceeaşi specializare funcţională alcătuiesc un anumit tip de ţesut, ca formă de organizare supracelulară. Obligativitatea oricărei celule de a îndeplini o activitate în folosul întregului nu trebuie însă interpretată ca o formă de „aservire” (relaţie cu un singur sens), ci ca o reală „asistenţă mutuală” (relaţie cu dublu sens), oricare celulă integrată organismului beneficiind de activitatea specifică a celorlalte, în aceeaşi măsură planurile valorice ale acestor relaţii nu sunt întrutotul şi întotdeauna echivalente. Facem precizarea că, dintr-un anumit unghi de privire, există şi două excepţii: celula nervoasă şi gametul.

Specializarea funcţională a celulei determină atât apariţia unor organite noi, cât şi dezvoltarea diferenţiată şi reorganizarea unora dintre cele ce îi asigură existenţa. Pentru a putea surprinde toate modificările de alcătuire şi structură determinate de specializarea funcţională vom descrie

Fig. 13 Centrozomul, MPP – membrana periplasmatică; CS – centrozom; N – nucleu

36

dezvoltarea organitelor în contextul mai general al tipologiei funcţionale a celulelor. Tipologia funcţională a celulelor nu respectă întrutotul tipologia cunoscută a ţesuturilor întrucât, în multe cazuri, una şi aceeaşi celulă poate avea o dublă sau triplă specializare.

A. Celule de tip secretor Funcţia specifică a acestor celule – secreţia – constă în sinteza,

depozitarea şi eliberarea unor substanţe, de regulă proteice, necesare organismului în ansamblu sau unuia dintre sectoarele sale. Considerând celula ca o mică uzină chimică, sporirea producţiei de substanţă necesară „exportului” va implica o creştere corespunzătoare a cantităţii de materie primă, a numărului de „lucrători”, a surselor de energie şi desigur a „matriţelor” specifice în care se va turna produsul. De asemenea, uzina trebuie să dispună şi de un „spaţiu de depozitare” a produsului destinat livrărilor. Încât celula secretorie va avea un reticul endoplasmatic bine dezvoltat, – asigurând un volum mai mare de schimburi (intrări-ieşiri) –, un număr sporit de ribozomi, – ca „lucrători” direcţi în sinteze –, multe mitocondrii furnizoare de energie (ATP) şi o producţie corespunzătoare de RNAm la nivelul nucleului. Admiţând ipotetic că toate acestea au sporit cantitativ de 20 de ori faţă de nivelul necesar activităţii pentru sine vom constata că, totuşi, doar creşterea numerică nu duce la creşterea producţiei (activitatea pentru întreg) de acelaşi număr de ori. Analizând situaţia în detaliu vom constata că decalajul se datorează unei „deficienţe” de organizare internă: distanţa mare de la locul de intrare (membrana reticulului endoplasmatic) şi până la locul de utilizare (ribozomii dispersaţi în citoplasmă) este parcursă de materia primă (aminoacizi şi alte substanţe necesare) prin difuzie, în baza gradienţilor, cu un mare consum de timp, datorită atât vâscozităţii sporite a mediului de difuzie (coloidul citoplasmatic), cât şi dimensiunilor apreciabile ale particulelor ce difuzează. Singura soluţie este anularea acestei distanţe prin apropierea ribozomilor de reticul şi fixarea lor pe faţa citoplasmatică a membranei acestuia. Ca urmare, producţia va creşte corespunzător.

Asocierea ribozomilor se face numai pe anumite porţiuni ale reticulului, cu atât mai extinse, cu cât sarcinile de producţie ale celulei sunt mai mari. Asemenea porţiuni cu ribozomi ataşaţi ca nişte rugozităţi (asperităţi sferoidale) poartă denumirea de ergastoplasmă (gr. ergaster = muncitor) sau reticul rugos, deosebit de cel lipsit de ribozomi numit reticul neted. Ergastoplasma este, deci, un organit care ia naştere prin reorganizarea unei părţi din organitele preexistente şi nu o formaţiune nouă.

37

Prin aceasta nu trebuie, însă, să negăm noua valoare dobândită atât de membrana reticulului, cât şi de ribozomii ataşaţi ei.

Aparatul Golgi este o componentă a celulei secretorii la nivelul căreia produsul de sinteză suferă un proces de maturare, de înnobilare, fără de care calitatea lui are de suferit. Aceasta poate fi una din explicaţiile sindromului de suprasolicitare în plan endocrin, când anumiţi hormoni (în special catecolaminele) sunt eliberaţi fără a-şi fi încheiat stagiul de maturare la nivelul depozitului. Aparatul Golgi pare să fie implicat şi în formarea endo- şi exomembranelor, proprii oricărei celule. Faptul că el este dezvoltat cu precădere la nivelul celulelor secretorii, în corelaţie directă cu dezvoltarea ergastoplasmei, constituie o dovadă a rolului său primordial în funcţia secretorie.

Celule de tip secretor întâlnim în mai multe tipuri de ţesuturi, produsul secretat fiind extrem de diferit: hormoni, enzime, neuro-transmiţători şi neuromodulatori, feromoni, anticorpi, mucus, colagen, condrină, oseină etc. Neuronul, prin producţia sa de neurotransmiţători, neuromodulatori şi hormoni, face parte integrantă din tipul secretor.

B. Celule de tip germinativ Cu câteva excepţii, toate celulele organismului se divid dând naştere

unor celule noi, similare lor, deci pot germina. În tipul germinativ se includ însă, numai acele celule care au funcţie specifică pentru întreg formarea permanentă de noi celule (nu numai în perioada de creştere a organismului). În ultimă şi succintă analiză, la organismele pluricelulare, deci şi la om, diviziunea celulelor se realizează cu o dublă finalitate: asigurarea existenţei, creşterii şi dezvoltării sistemului biologic individual, pe de o parte şi asigurarea existenţei şi devenirii sistemului supraindividual – specia, pe de altă parte. În primul caz vorbim de multiplicare, în cel de-al doilea, de reproducere.

La acest tip de celule metabolismul este intensificat în latura lui anabolică, constructivă, iar organitele ce îl deservesc sunt cele bazale, dar dezvoltate pe măsură. Sintezele sunt destinate asigurării creşterii şi dezvoltării celulei până la nivelul de la care aceasta poate da naştere, prin diviziune, unei noi celule, cu toate componentele caracteristice. Cele mai importante procese au loc la nivelul nucleului şi centrozomului. Este de remarcat că la acest tip aparatul Golgi nu urmează aceeaşi linie de dezvoltare el fiind implicat doar în geneza membranelor nu şi stocarea

38

produşilor de sinteză care nu mai sunt destinaţi exportului, ci formării de organite. În această categorie se includ celulele epiteliilor unistratificate şi cele ale stratului generator al celor pluristratificate, celulele hemato-şi limfopoetice şi cele generatoare de gameţi. Capacitatea germinativă este considerabilă (mai puţin pentru cele generatoare de ovule). Se apreciază că de pe suprafaţa corpului uman se înlătură, în 70 de ani de viaţă, aproximativ 18-20 kg de strat cornos sub formă de celule moarte, lipsite de citoplasmă şi încărcate de cheratină, ajunse în această stare din cauza îndepărtării lor faţă de sursa de hrană şi oxigen (vasele de sânge din ţesutul subepitelial). Dar ele au fost produse de stratul generator ca celule vii, bogate în citoplasmă şi organite. Dacă în formă de scuame ele cântăresc aproape 20 kg, ne putem imagina că masa lor iniţială, reală, produsă de stratul generator este cu mult mai mare. În mod similar poate fi evaluată capacitatea germinativă a celulelor hematopoetice care, în 70 ani de viaţă a unui individ asigură succesiunea a peste 210 generaţii de hematii, în aproximativ 5,5 l sânge, cu o densitate de 5 milioane celule pe mmc.

C. Celule de tip fagocitar Fagocitoza este procesul de înglobare în citoplasmă, prin intermediul

formării de vezicule, a unor particule semisolide din mediu (agregate macromoleculare, fragmente de celule şi chiar celule întregi). Rolul fiziologic al acestui proces este ecarisajul organismului şi nu hrănirea în sine a celulelor fagocitare, deşi acestea au serioase avantaje pe plan nutritiv. Pe lângă unele proprietăţi particulare ale membranei periplasmatice care asigură formarea veziculelor de fagocitoză, celulele aparţinând acestui tip funcţional au o sporită producţie enzimatică (enzime hidrolitice) şi un număr mare de lizozomi. În această categorie sunt cuprinse: anumite leucocite, unele celule gliale care, astfel, preîntâmpină accesul deranjant al leucocitelor printre corpii celulari ai neuronilor, celulele Kupffer din endoteliul sinusoidelor hepatice şi multe celule conjunctive.

Necesitatea unui sistem de ecarisaj în organism este reclamată, în primul rând, de numărul mare de celule proprii ce mor zilnic atât din cauza duratei reduse de viaţă (elementele figurate ale sângelui), cât şi din cauza uzurii sau / şi a stărilor morbide. Abia în al doilea rând ecarisajul prin fagocitoză are şi o justificare externă (pătrunderea unor agenţi patogeni), aceasta fiind dovedită şi din faptul că, în asemenea situaţii, creşte doar temporar numărul celulelor fagocitare specializate (leucocitele).

39

D. Celule de tip excitabil Excitabilitatea fiind o proprietate ce se evidenţiază doar la impactul

cu o variaţie a factorilor din mediu, organitul implicat cel mai profund în realizarea ei este membrana periplasmatică. Alcătuirea şi structura acesteia sunt de o înaltă complexitate şi specificitate. Acestei probleme îi este rezervat un spaţiu mai mare la studiul celulei nervoase.

Excitabilitatea este doar o condiţie şi o primă treaptă a procesului de reflectare care, între anumite limite, este propriu oricărei celule. Celulele de tip excitabil, însă, sunt categorii specializate care, pe baza capacităţii de a sesiza rapid prezenţa unei variaţii adecvate din mediu, răspund în mod specific: printr-o variaţie mai mult sau mai puţin promptă a potenţialului membranar (celulele epiteliilor senzoriale), prin eliberarea unor produşi specifici de sinteză (neuronii şi celulele secretorii) şi prin declanşarea unor procese mecanice active (fibrele musculare). Tot în categoria celulelor excitabile sunt cuprinse şi acele celule care nu reflectă apariţia unei modificări din mediul ambiant, ci o particularitate structural-funcţională proprie, celule numite autoexcitabile. Ele se dovedesc capabile de a răspunde unor modificări ritmice interne legate, în primul rând, de membrana periplasmatică şi pompa ionică electrogenă. Este cazul ţesutului nodal din miocard, al neuronilor autoexcitabili din centrul inspirator bulbar şi al fibrelor musculare netede din pereţii unor organe cavitare. Funcţionarea automată, ritmică a acestor celule nu are nimic comun cu bioritmurile, ci este consecinţa firească a unor procese biofizice desfăşurate la nivelul membranei periplasmatice. Asupra acestor procese vom insista într-un alt paragraf, după ce vor fi analizate mecanismele intime ale excitabilităţii. Excitabilitatea nu reprezintă o însuşire difuză a acestui tip celular, ci ea este remarcabil profilată pe anumite tipuri energetice de stimuli: mecanici, termici, fotonici, electrici şi chimici.

E. Celule de tip „transport” Deşi oricare celulă realizează schimburi în cadrul metabolismului

propriu, în organism există celule specializate în direcţia asigurării transportului de substanţă (şi energie) în interesul întregului şi nu în interes propriu. Asemenea celule se asociază în formaţiuni epiteliale ce constituie adevărate bariere între diverse compartimente lichidiene ale organismului. Acest tip celular se caracterizează printr-o înaltă dezvoltare şi specializare a mecanismelor de transport transcelular localizate exclusiv la nivelul

40

membranei periplasmatice şi nu la nivelul celei reticulare, aşa cum este cazul transportului pentru nevoi proprii.

Celule specializate în transportul dintre compartimente întâlnim la nivelul tuturor capilarelor, al căror perete epitelial (endoteliu) se interpune între sânge şi lichidul interstiţial, la bariera pulmonară, formată din endoteliul capilar şi epiteliul alveolar, care se interpune între pelicula surfactantă alveolară şi sânge, la epiteliile digestive, interpuse între conţinutul tubului şi lichidul interstiţial şi la tubii renali unde epiteliile pereţilor se interpun între interstiţiu şi lichidul de excreţie (urina). O categorie aparte a acestui tip funcţional o reprezintă celulele gliale cu rol trofic (astrocitele) care mediază selectiv schimburile dintre sânge şi neuroni, contribuind în cea mai mare parte la realizarea barierei hematoencefalice (fig. 14).

Mecanismele de transport care se dezvoltă la acest tip celular sunt

cele active, consumatoare de energie: prin transportori – cu înaltă specificitate dar cu randament scăzut – şi prin vezicule de pinocitoză – cu specificitate redusă dar cu randament ridicat. Când lichidele din compartimentele între care se realizează schimburile sunt net diferite calitativ (aşa cum este cazul epiteliului de transport din intestin), mecanismul prin transportor este cel mai indicat fiind foarte selectiv, sporirea randamentului asigurându-se prin mărirea corespunzătoare a suprafeţei membranei periplasmatice de la polul apical al fiecărei celule (microvili).

Când lichidele din cele două compartimente diferă puţin între ele, aşa cum este cazul plasmei sanguine şi lichidului interstiţial, bariera interpusă

Fig. 14 Celulă glială cu rol trofic. CS – capilar sanguin; CGT – celulă glială (astrocit) cu rol trofic; N – neuron; SN – substanţe nutritive

41

(endoteliul capilar) utilizează mai cu seamă mecanismul activ prin endocitoză al cărui randament este net superior.

F. Celule de tip contractil Organitul specific acestui tip celular este specializat în transformarea

energiei chimice (din ATP) în lucru mecanic. El este reprezentat de două tipuri de miofilamente proteice – actina şi miozina – asociate în grupaje discontinue ce se dispun seriat în lungul celulei. Mecanismul de conversie a energiei chimice în lucru mecanic se bazează, potrivit ipotezei glisării miofilamentelor de actină printre cele de miozină, pe realizarea unei tranziţii conformaţionale a punţilor încrucişate cu ajutorul energiei chimice eliberată enzimatic din ATP. În absenţa energiei unghiul format de punte cu microfilamentul de miozină este larg deschis (peste 90º), iar în prezenţa energiei (din ATP) acesta se închide (aproape de 90º) trăgând miofilamentele de actină între cele de miozină (fig. 15).

În funcţie de mărimea forţei ce trebuie dezvoltată ansamblurile

liniare de miofilamente se dispun şi funcţionează izolat, independente unele de altele, aşa cum este cazul majorităţii fibrelor musculare netede, sau în mănunchiuri (miofibrile) cu funcţionare concomitentă, ceea ce duce la sporirea apreciabilă a forţei, aşa cum este cazul fibrelor musculare striate scheletice şi cardiace. Creşterea forţei se realizează atât prin sacrificarea independenţei celulare (miocard) cât şi chiar al individualităţii (m. scheletic).

Fig. 15 Mecanismul glisant al contracţiei; ACT – filament de actină; PI – punte încrucişată; MZ – filament de miozină; E – energie chimică eliberată din ATP; a – relaxare; b – contracţie

42

II.1.3.3. Relativitatea tipologiei funcţionale a celulelor Dacă anumite celule pot fi încadrate strict într-un anumit tip

funcţional, altele pot aparţine în egală măsură la două sau trei tipuri. Celula de tip germinativ poate fi un exemplu din prima categorie, în timp ce hepatocitul din cea de-a doua, această celulă putând fi secretorie (sinteza unor substanţe specifice necesare altor celule), de transport (între sângele venos portal şi cel sistemic pentru substanţele absorbite în tubul digestiv) sau germinativă (însuşire ce stă la baza marii puteri de regenerare a ficatului). De asemenea, neuronul aparţine, în egală măsură, tipului excitabil, prin specializările membranei periplasmatice în generarea şi propagarea potenţialelor electrice şi tipului secretor, prin sinteza şi eliberarea neurotransmiţătorilor, neuromodulatorilor şi neurohormonilor.

Toate tipurile funcţionale sunt strâns reunite, însă, prin modul comun de existenţă – metabolismul, bază unică de realizare atât a activităţii pentru sine, cât şi a celei destinată întregului. În organism, nu există nici o celulă care să aibă o activitate doar pentru sine. Aceasta se poate întâmpla doar în starea morbidă când celula angajează toată energia de care dispune în direcţia salvării propriei existenţe, renunţând temporar la activitatea pentru întreg. Dar, asemenea situaţii reprezintă stări-limită în viaţa unei celule, durata lor fiind scurtată prin intervenţia sistemului de „ecarisaj” care înlătură (prin fagocitare) acele celule ce se dovedesc incapabile de a se salva prin mijloace proprii, respectiv prin valorificarea sprijinului dat de mecanismele integratoare ale organismului.

Aşa cum realitatea, în general, nu ascultă de legităţi preexistente, întrucât acestea derivă tocmai din ceea ce este comun unui număr mare de cazuri particulare, adică dintr-o prelucrare statistică, tot aşa diversitatea funcţională a celulelor organismului nu se supune unei clasificări date, ci ea se pretează doar la categorisiri pe baza unor criterii convenţionale, adică formale. Celula este un univers al acţiunilor, unitar şi divers în egală măsură, orice tentativă de clasificare izbindu-se de insolubila problemă, pur teoretică, a priorităţii activităţii pentru sine sau pentru întreg. La o primă şi superficială privire lucrurile par simple: activitatea pentru întreg este secundară întrucât ea nu poate să se desfăşoare, după cum am constatat, decât prin şi pe baza activităţii pentru sine. Perfect adevărat! Dar, oare, nu cumva activitatea pentru sine apare şi se dezvoltă tocmai cu finalitatea de a face posibilă activitatea pentru întreg, adică existenţa sistemului supraiacent? O primordialitate a uneia din cele două tipuri de activităţi este un non sens, o falsă problemă întrucât ele nu reprezintă procese cu scop în sine, ci doar laturile unui proces unitar şi universal – devenirea.

43

SECŢIUNEA a II-a

COMPONENTA NERVOASĂ A SISTEMULUI INTEGRATOR

III. NEURONUL –CELULĂ EXCITABILĂ ŞI SECRETORIE În mod cu totul eronat se consideră neuronul ca fiind unitatea

structural-funcţională a sistemului nervos. Dacă prin unitate structural funcţională trebuie să înţelegem cea mai mică parte dintr-un întreg la nivelul căreia se realizează, în plan elementar, funcţia acestuia, atunci neuronul ar trebui să poată realiza integrarea cel puţin în forma ei cea mai simplă care este actul reflex elementar (cu implicarea unui singur nivel de decizie). Ori acest lucru nu este posibil, actul reflex presupunând o anumită structură realizată între cel puţin şase componente (dintre care patru neuroni): receptor, cale aferentă, centru de prelucrare a informaţiilor şi elaborare a comenzii, cale eferentă, efector şi aferentaţia inversă, toate acestea formând arcul reflex. Prin urmare, neuronul este un element component, desigur, principal, al arcului reflex, abia acesta din urmă având valoare de unitate structural-funcţională a sistemului integrator (sistemul nervos).

Neuronul este o celulă cu dublă specializare funcţională aparţinând, deopotrivă, tipului excitabil şi tipului secretor. Înalta sa specializare, derivată din complexitatea procesului integrării la care participă în mod esenţial, precum şi nivelul sporit al metabolismului, derivat din implicarea permanentă a mecanismelor integratoare, pun în faţa neuronului sarcini ce depăşesc posibilităţile funcţionale ale unei singure celule. În consecinţă, o altă categorie celulară – nevroglia – vine în sprijinul neuronului, preluând o parte din sarcinile acestuia şi asigurându-i condiţiile optime pentru îndeplinirea funcţiilor sale specifice. Celula glială, interpusă între capilar şi neuron, asigură nu numai o selectare a substanţelor la intrare, ci şi o preliminară prelucrare a acestora; este avansată ipoteza că aceasta ar furniza neuronului chiar ATP, ceea ce ar putea explica numărul redus al mitocondriilor neuronale în raport cu cheltuiala energetică totală a acestuia; celula glială formează învelişul mielinic, prin rularea propriei membrane în jurul axonului sau dendritei, făcând astfel posibilă propagarea independentă şi cu viteză mare a PA pe fiecare prelungire neuronală; celula glială poate contribui, cel puţin în parte, la stocarea informaţiei. Celulele gliale

44

îndeplinesc şi alte roluri, cu caracter mai general, cum ar fi „ecarisajul” prin fagocitare, prin care se evită pătrunderea la acest nivel a leucocitelor ce ar perturba activitatea neuronilor, sau „cicatrizarea” ţesutului nervos care constă în multiplicarea celulelor gliale în spaţiile interstiţiale rămase libere prin fagocitarea neuronilor nefuncţionali şi prin care se asigură menţinerea quasiconstantă a spaţiilor cu lichid dintre celule (200-300 Aº).Prin toate acestea se justifică numărul mult mai mare al celulelor glialei decât al neuronilor (raportul estimat: 8-10/1).

Ca elemente componente ale arcului reflex neuronii prezintă două particularităţi: emit prelungiri şi au polaritate funcţională. Prelungirile pot fi dendritice (la mulţi neuroni ele lipsesc), cu sens de propagare celulipet şi axonice, cu sens de propagare celulifug. Unidirecţionarea propagării, însă, este determinată de prezenţa sinapselor şi ea reprezintă o proprietate a arcului reflex şi nu a prelungirilor; aplicarea unui stimul direct pe una din prelungiri dă naştere la un potenţial de acţiune ce se propagă de-a lungul acestora în ambele sensuri, dar nu poate traversa sinapsa decât în conformitate cu polaritatea funcţională – de la axon la dendrită sau la corpul celular. Oricare neuron prezintă doi poli funcţionali – un pol de intrare şi unul de ieşire – în raport cu circulaţia unidirecţională a semnalelor. Această polaritate este determinată de modul de comunicare interneuronală la nivelul sinapsei. Porţiunea terminală a axonului – butonul – reprezintă polul de ieşire a semnalelor sub forma cuantelor de neurotransmiţător, iar membrana postsinaptică a neuronului următor pe care se găsesc receptorii specifici pentru mesagerul chimic constituie polul de intrare a semnalelor sub forma potenţialelor de acţiune declanşate de cuantele de neurotransmiţător.

După locul ocupat în cadrul arcului reflex, respectiv după raporturile stabilite cu celelalte elemente componente ale acestuia, neuronii pot fi de trei tipuri: senzitivi (receptori), de asociaţie (intercalari) şi efectori (motori şi secretori). Valoare senzitivă reală are doar acel neuron ale cărui dendrite intră în, sau participă la alcătuirea receptorului. Din această perspectivă, oricare arc reflex are un singur neuron senzitiv – protoneuronul –, restul neuronilor interpuşi între acesta şi cel efector având valoare reală asociativă. Cu toate acestea, prin extensie, se consideră ca fiind senzitivi toţi neuronii ce se interpun între receptor şi centrul nervos, constituind calea aferentă (respectiv ascendentă) a arcului reflex. În acelaşi sens, valoare efectorie reală are doar acel neuron al cărui axon intră în contact cu o formaţiune efectoare (secretorie sau contractilă). Din acest unghi de privire, oricare arc reflex are un singur neuron efector – ultimul din cadrul arcului reflex – restul neuronilor interpuşi între centrul de comandă şi acesta din urmă având valoare asociativă. Şi în acest caz, tot prin extensie, se

45

consideră ca fiind efectori toţi neuronii ce se interpun între centrul nervos şi efector, constituind calea descendentă (respectiv calea eferentă) a arcului reflex. Valoare asociativă reală au toţi neuronii interpuşi între cel real senzitiv (protoneuron) şi cel real efector (ultimul neuron din arc). Prin reducţie, însă, valoare asociativă se atribuie numai neuronilor care, doar la nivelul centrilor, fac joncţiunea între calea aferentă şi cea eferentă, respectiv între calea ascendentă şi cea descendentă a arcului reflex. Întrucât realitatea nu poate fi cunoscută decât prin intermediul simplificărilor (modelări, formalizări), în cele ce urmează vom folosi termenii de senzitiv, de asociaţie şi efectori în înţelesul lor formal şi nu în cel real.

III. 1. Alcătuirea şi structura neuronului Specializarea funcţională a neuronului nu are la bază atât apariţia de

organite celulare noi, cât dezvoltarea diferenţiată şi organizarea specifică a celor comune tipului excitabil şi tipului secretor.

Membrana periplasmatică a neuronului respectă planul general de organizare descris anterior (fig. 16).

Deosebirile faţă de membranele altor celule ţin de calitatea şi

cantitatea componentelor ce formează acest ansamblu trilaminat şi, mai cu seamă, de interrelaţiile ce se stabilesc între ele.

Membrana neuronală are un conţinut mai mare de fosfolipide (60%), decât alte membrane, iar fluiditatea lor este mai sensibilă la acţiunea factorilor de influenţă (temperatură, substanţe liposolubile etc.). Explicaţia

Fig. 16 Membrana – modelul mozaicului fluid

46

acestor diferenţe constă în faptul că atât gruparea hidrofilă (fosfatidil), cât şi cea hidrofobă (acizi graşi) (fig.17) diferă calitativ de alte fosfolipide.

Anumite diferenţe, chiar dacă nu de aceeaşi amploare, există şi

între fosfolipidele diverşilor neuroni, ele vizând atât latura calitativă (componenta organică a grupării hidrofile, lungimea lanţurilor de acizi graşi), cât şi pe cea cantitativă (conţinutul se colesterol sau de acizi graşi nesaturaţi). Toate aceste aspecte particulare îşi pun amprenta asupra parametrilor funcţionali ai membranei fiecărui neuron.

Varietatea biochimică a proteinelor membranare este extrem de mare, de la di- şi tripeptide, până la polipeptide complexe (glicoproteine şi lipoproteine) şi metal-proteine (unele enzime). Sub aspect funcţional ele pot fi: proteine-enzime, proteine-transportor, proteine-receptor şi proteine-canal, fiecare tip funcţional prezentând o gamă largă de variante pentru acelaşi neuron.

Dintre proteinele-enzime unele prezintă interes special în fiziologia integrării neuro-endocrine: adenozintrifosfataza ionodependentă, adenil-atciclaza şi fosfati dilinozitolkinaza. Adenozintrifosfataza (ATP-aza) este implicată în mecanismele de transport ionic activ prin eliberarea din ATP a energiei chimice necesară mişcării ionilor împotriva gradienţilor chimic şi electric şi / sau în sensul acestora dar cu viteză mult sporită. Există mai multe forme de ATP-ază în funcţie de ionul care le activează şi al cărui transport transmembranar îl asigură: ATP-aza Na+-K+ dependentă (fig. 18);

Fig. 17 Macromolecula de fosfolipid. HFL – pol hidrofil; HFB – pol hidrofob

47

ATP-aza Mg2+ dependentă, ATP-aza Ca2+ dependentă (fig. 19) etc.

În acest mod, specificitatea enzimei asigură specificitatea de transport

şi se evită interferenţa enzimatică. Prin activitatea lor ATP-azele ionodependente asigură refacerea şi întreţinerea în timp a homeostazei ionice, precum şi a potenţialului electric de membrană.

Adenilatciclaza are ca acţiune finală formarea adeno-zinmonofosfatului ciclic (AMPc) implicat ca al doilea mesager ce modifică activitatea enzimelor (fig.20)

Fig. 18 Efectele variaţiei concentraţiilor interne ale ionilor Na+ şi K+ asupra ATP-azei specifice

Fig. 19 Efectele variaţiei concentraţiei interne a ionilor Ca2+ asupra ATP-azei specifice

48

În mod similar funcţionează şi fosfatidilinozitolkinaza care produce

din fosfolipide membranare diacilglicerol ca mesager de ordin secund implicat în acţiunea anumitor enzime citoplasmatice (fig. 21).

Proteinele-transportor sunt în mai mică măsură cunoscute. Se admite că însăşi ATP-aza ionodependentă ar fi formată din două subunităţi: una cu rol catalitic şi una cu rol de vehicul. Independent de faptul că transportorul este o subunitate a ATP-azei sau o moleculă separată el are o specificitate remarcabilă (dar nu exclusivă) pentru transportul unui anumit ion. Legarea ionului de molecula transportoare formează un complex a cărui stabilitate

Fig. 20 Activitatea adenilatciclazei la nivelul membranei

Fig. 21 Activarea fosfatidilinozitolkinazei la nivelul membranei

49

este diferită în funcţie de specificul fiecărei componente: organică (glicoproteina) şi minerală (ionul transportat)

Complexul organomineral format la una din feţele membranei (în anumite circumstanţe enzimatice) se deplasează la faţa opusă a acesteia (în alte circumstanţe enzimatice) unde se desface eliberând ionul transportat. Rămasă liberă, molecula transportoare se reîntoarce la faţa iniţială fie neîncărcată (vezi fig.7), fie încărcată cu alt ion (sau moleculă) pe care îl transportă în sens invers (transport cuplat, aşa cum este cazul pompei de Na+-K+). Atât formarea complexului transportor-ion, cât şi mişcarea acestuia de la o faţă la alta a membranei se realizează cu consum de energie.

Proteinele receptor, de regulă glicoproteine, reprezintă locurile de captare a mesajelor chimice sosite de la alte celule. Poziţia acestora pe membrană este cvasistabilă. Legarea mesagerului chimic (neuro-transmiţător sau hormon) de receptor se realizează cu o înaltă specificitate stereo-chimică. Pentru fiecare mesager există un receptor congruent ca geometrie (organizare spaţială) şi adecvat ca posibilităţi chimice interactive. În acest mod se exclude posibilitatea apariţiei erorilor de acţiune. Deşi – principial – neurotransmiţătorii şi hormonii interacţionează în acelaşi mod cu receptorii proprii, aceştia determină consecinţe diferite la nivelul neuronului ţintă (purtător de receptori). În timp ce legarea neurotransmiţătorului de receptorul adecvat are drept consecinţă activarea, respectiv inactivarea unora dintre canalele ionice, legarea hormonului de receptorul propriu determină eliberarea unui al doilea mesager (AMPc, Ca2+ etc.) în interiorul celulei care modifică activitatea catalitică a enzi-melor. Deşi, în general, se vorbeşte de receptori membranari numai în legătură cu fixarea stereospecifică temporară a neurotransmiţătorilor şi hormonilor, numeroşi alţi receptori sunt specializaţi în legarea altor substanţe active, aşa cum sunt multe peptide cerebrale, sau chiar a unor medicamente. Pentru o aceeaşi clasă de substanţe pot exista receptori diferiţi, ocuparea fiecăruia fiind însoţită de efecte remarcabil diferite, uneori chiar opuse. Astfel, prin legarea opioidelor de anumiţi receptori sunt determinate efecte sedative, în timp ce legarea de alţii are efecte emoţionale sau analgezice. Aceeaşi substanţă activă poate genera, în funcţie de receptor, efecte antagonice.

La nivelul sistemului nervos un rol important revine ionului Ca2+, acesta fiind implicat atât în eliberarea neurotransmiţătorilor, cât şi în determinarea excitabilităţii. Din aceste motive membranele neuronilor prezintă receptori specializaţi în legarea calciului, mulţi dintre ei fiind dispuşi în zonele sinaptice şi pe soma neuronală. Distribuţia acestor receptori este diferită la diverşi neuroni. Multe medicamente ca şi unele

50

droguri acţionează prin intermediul receptorilor de Ca2+ situaţi, cel mai probabil, chiar la nivelul canalelor specifice acestui ion. Neuronii deţin receptori chiar şi pentru adenozină care poate îndeplini şi rolul de mesager chimic cu efecte diferite în funcţie de tipul receptorului. Cel mai cunoscut efect produs de legarea adenozinei la receptorii membranelor presinaptice este acela de a inhiba eliberarea neurotransmiţătorilor excitatori. În legătură cu aceasta trebuie amintită ipoteza potrivit căreia starea de oboseală nervoasă în urma unor solicitări prelungite ar putea fi generată tocmai de acţiunea adenozinei, remarcabil crescută în asemenea stări. Prezumtiva interferenţă dintre cofeină şi aceşti receptori, prin care s-ar împiedica legarea adenozinei, ar putea fi o explicaţie a efectului reconfortant al cafelei.

Densitatea şi distribuţia proteinelor receptor pe suprafaţa membranei neuronale sunt neuniforme. Receptorii pentru neuro-transmiţători sunt prezenţi doar la polul de intrare al neuronului, reprezentat de porţiunile membranare ale butonilor dendritici, somei neuronale, conului de emergenţă a axonului şi a porţiunii preterminale a butonului axonic. Aceste porţiuni membranare cu proteine-receptor specifice neurotransmiţătorilor intră în alcătuirea joncţiunilor interneuro-nale formând membrana postsinaptică. Nu se cunosc prea multe detalii cu privire la organizarea moleculară a receptorilor. Vom accepta ipoteza că receptorii specifici pentru neurotransmiţători sunt tocmai capetele externe ale proteinelor-canal, ceea ce uşurează înţelegerea consecinţelor acţiunii acestora de activare sau inactivare a canalelor ionice. Receptorii pentru anumiţi hormoni au o distribuţie cvasiuniformă pe membrana somei neuronale, posibil şi pe porţiunea bazală a dendritelor, respectiv pe conul de emergenţă al axonului.

Proteinele-canal sunt ansambluri macromoleculare alungite ce străbat grosimea membranei de la o faţă la alta fiind formate, cel mai probabil, din patru subunităţi astfel dispuse încât delimitează între ele un spaţiu canalicular cu diametrul mediu de 8 Aº, numit canal ionic (fig.22).

Capetele subunităţilor proteice ale canalului care predomină spre citoplasmă sunt diferite ca natură chimică şi proprietăţi de cele care predomină spre spaţiul interstiţial. Distribuţia pe membrană a diverselor tipuri de canale (pentru Na+, K+, Ca2+, Mg2+ etc.) nu este întâmplătoare, ea fiind determinată de planul funcţional general al celulei. De asemenea, numărul canalelor pe unitatea de suprafaţă este determinat genetic pentru fiecare categorie de celule, canalele „uzate” fiind internalizate prin endocitoză şi digerate de enzimele lizozomale, în locul lor fiind sintetizate altele noi. În privinţa densităţii canalelor de sodiu se estimează că, la fibrele

51

nemielinizate, acestea ar fi de 1110 /μm2, cu o distribuţie uniformă pe toată suprafaţa membranei, iar la cele mielinizate ele sunt prezente numai la nivelul strangulaţiilor Ranvier (1 /μm lungime) cu o densitate mult mai mare – 2000 /μm2.

La nivelul corpului celular densitatea pare a fi în medie de

50-100 /μm2 cu o distribuţie, cel mai probabil, neuniformă. Din cauza fluidităţii fosfolipidelor membranare, canalele ionice se pot deplasa prin translare modificând astfel distribuţia în suprafaţă. Prin aceste canale se realizează o comunicare episodică directă între citoplasmă şi lichidul interstiţial pentru componentele cu dimensiuni sub 8 Aº (apă, ioni minerali, substanţe organice cu moleculă mică). Importantă este mişcarea prin aceste canale a ionilor minerali implicaţi, direct sau indirect, în fenomenele electrice de membrană. Existenţa acestor comunicări libere între interiorul şi exteriorul celulei ar duce la instalarea unui echilibru termodinamic pentru componentele de mici dimensiuni, fapt ce ar impieta grav asupra existenţei (metabolismului) şi funcţionării (excitabilităţii) neuronului. Se impune astfel necesitatea existenţei unor modalităţi de închidere (inactivare) şi deschidere (activare) a lor în funcţie de anumite circumstanţe. Asemenea modalităţi există, aşa cum o dovedeşte realitatea, dar asupra mecanismelor intime de realizare pluteşte încă aburul ipotezelor. Asupra a două dintre acestea vom oferi detalii într-un alt paragraf.

Deşi consideraţi a fi organite specifice neuronului, în realitate, corpii Nissl nu sunt decât formaţiuni ergastoplasmice (reticul endoplasmatic rugos) pe care le întâlnim, după cum s-a văzut, la oricare celulă de tip secretor. Asocierea dintre ribozomi şi o parte a reticulului endoplasmatic neted este determinată de nevoia reducerii consumului de timp în sinteza neurotransmiţătorilor, neuromodulatorilor şi neurohormonilor. Calitatea chimică a produsului sintetizat este determinată genetic prin intermediul

Fig. 22 Canalul ionic şi cele patru subunităţi proteice ale sale

52

RNAm, „matriţa” eliberată de nucleul neuronului. În funcţie de tipul „matriţei” (RNAm) unii neuroni vor sintetiza pentru export mediatori excitatori (acetilcolină, serotonină, dopamină, peptide, adrenalină), alţii – mediatori inhibitori (GABA – acid gamaaminobutiric, glicină), iar alţii – modulatori (endorfine) sau hormoni (ADH, RH, adrenalină, noradrenalină). Deci, secreţia este o proprietate comună tuturor neuronilor, cu excepţia celor ce dau sinapse electrice, şi nu una specifică celor ce produc hormoni sau modulatori. Cei mai mulţi mesageri chimici sunt peptide active din punct de vedere biologic a căror sinteză este determinată genetic. Din jocul acţiunilor celor trei categorii de mesageri: neurotransmiţători, neuromo-dulatori şi neurohormoni, rezultă nu numai reacţiile fiziologice şi acţiunile comportamentale, ci şi particularităţile individuale şi circumstanţiale ale acestora. Având în vedere condiţionarea reciprocă la nivelul celulelor „ţintă” (asupra cărora acţionează) a celor trei categorii de mesageri, unii având şi rol de cofactori, precum şi marea varietate biochimică a acestora (sunt cunoscute peste 100 de peptide active), putem avea o explicaţie convenabilă a diversităţii consecinţelor determinate de acţiunile lor.

Secreţia mesagerilor chimici este un proces diferit de la o regiune la alta a sistemului nervos, astfel încât se poate admite existenţa unei „anatomii chimice” a acestuia. Însă, cei mai mulţi neuroni produc atât neurotransmiţători clasici (catecolamine, acetilcolina, acidul gamaamino-butiric), cât şi neuropeptide active cu rol , mai cu seamă, modulator.

Deşi rolurile lor sunt multiple, peptidele din SN sunt în mare măsură implicate în determinarea comportamentului. Există numeroase studii în acest sens pe animale şi multe observaţii pe omul bolnav. Multe peptide sunt implicate în comportament în mod direct, dar cele mai multe prin efectele lor secundare produse asupra centrilor nervoşi şi glandelor endocrine. Unele peptide sunt implicate în medierea durerii, altele (opioidele) în analgezie; deşi încă insuficient demonstrate, acţiunile pozitive ale unor peptide asupra capacităţii de memorare la voluntari, sau a revenirii după amnezia retrogradă la unii bolnavi, sunt invocate în destul de multe cercetări. Chiar şi în reglarea comportamentului alimentar sunt implicate mai multe peptide, legătura lor cu „centrul foamei” fiind demonstrată în unele experimente pe animal. În numeroase mecanisme homeostazice, de reglare a diverselor funcţii, peptidele neuromodulatoare au un rol decisiv alături de neurotransmiţători şi neurohormoni (unii dintre ei fiind tot peptide).

Neurofibrilele sunt elemente fibrilare şi microtubulare care au, în primul rând, un rol mecanic pasiv şi, în al doilea rând, un rol de suport şi mijloc de transport pe distanţe lungi a veziculelor cu mediator de la locul de sinteză majoră (corpul celular) la locul de eliberare (butonii terminali ai

53

axonilor). Rolul mecanic pasiv al neurofibrilelor (ca elemente aparţinând citoscheletului) vizează planul energetic al neuronului. Se ştie că, pentru menţinerea formei sale, celula cheltuieşte cu atât mai multă energie cu cât ea este mai departe de forma sferică. Neuronii stelaţi cu multe buchete dendritice, numiţi şi multipolari, evită consumul de energie pentru menţinerea formei prin dispunerea internă a neurofibrilelor în mănunchiuri ce converg spre baza prelungirilor dendritice şi diverg în citoplasma somei spre diverse puncte de sprijin situate pe faţa internă a membranei. În corpii celulari de formă ovală (celulele Purkinje) asemenea dispuneri ale neurofibrilelor nu se întâlnesc. Că, la nivelul axonului, neurofibrilele au şi un anume rol mecanic reprezintă o chestiune ce nu poate fi nici negată, dar nici confirmată. Cum pentru axon importantă este membrana (axolema), în lungul căreia se realizează propagarea PA, protecţia mecanică trebuie asigurată în primul rând, acesteia, prin ea asigurându-se şi protecţia axoplasmei. O asemenea protecţie, însă, o realizează cu mai multă eficienţă formaţiunea citoscheletică submembranară şi învelişul glial şi conjunctiv şi nu un mănunchi de neurofibrile dispus în axoplasmă, la distanţă de membrană. La nivelul axonilor neurofibrilele formează mănunchiuri (dispunere paralelă) în lungul cărora veziculele cu mediator se deplasează prin alunecare facilitată dinspre corpul celular spre butonii terminali unde se acumulează temporar (ca un „transport pe cablu”). Procesul ar putea fi bazat pe forţele electrostatice exercitate între încărcătura electronegativă a suprafeţei citoplasmatice a membranei veziculare şi anumite puncte de pe neurofibrile încărcate electropozitiv. Prin acest mecanism electrostatic se pot explica atât viteza relativ mare de transport, cât şi, în unele cazuri, sensul antigravitaţional al acestuia.

Faţă de capacitatea de sinteză pentu export (neurotransmiţători, modulatori, hormoni) pe care o dovedeşte neuronul ca celulă secretorie, aparatul Golgi – al cărui rol principal este de depozitare a produsului de secreţie – ar trebui să fie mult mai dezvoltat decât este în realitate. Explicaţia acestui decalaj constă în faptul că în majoritatea cazurilor, neurosecreţia este produsă în corpul celular şi este eliminată la polul de ieşire al neuronului (butonul terminal al axonului) situat, de regulă, la distanţă foarte mare la locul sintezei. Prin urmare, produşii de neurosecreţie se vor depozita într-o zonă cât mai apropiată de locul de eliberare, adică în butonii terminali ai axonilor. Însumând capacităţile de depozitare reprezentate de aparatul Golgi (mai puţin dezvoltat) şi de veziculele din butonii terminali ai axonilor (foarte numeroase), se ajunge la o capacitate totală de stocare corespunzătoare raportului valoric dintre ritmul de sinteză şi de eliberare a neurotransmiţătorilor. Încât, totalitatea veziculelor din

54

butonii terminali, conţinând produşii de neurosecreţie, poate fi considerată ca o formă particulară de organizare a aparatului Golgi, pe lângă cel propriu-zis existent în corpul celular al neuronului.

Ca organit celular implicat în mişcările cromozomiale din timpul diviziunii, centrozomul lipseşte din neuronul omului adult întrucât acesta nu se mai divide. Nu se mai divide nu pentru că este neuron – la multe organisme adulte aparţinând speciei animale din clase diferite, ca şi la om până la o anumită vârstă în dezvoltarea ontogenetică, neuronii se divid –, ci pentru că este neuron integrat într-un sistem de mare complexitate, în funcţionarea căruia diviziunea – ca fenomen grav pentru celulă – ar produce numeroase şi profunde consecinţe negative în planul funcţional general al organismului. Deducem de aici că însuşirea de a se divide este pierdută de neuron pe parcursul evoluţiei, progresiv şi paralel cu complexificarea modalităţilor de integrare neurală şi în paralel cu taxonomia filogenetică a organismelor. Pierderea capacităţii de diviziune este compensată de un permanent şi rapid turnover al tuturor componentelor neuronale.

III.2. Mecanisme implicate în asigurarea excitabilităţii neuronului Specificitatea acestor mecanisme nu trebuie înţeleasă în sensul

existenţei lor exclusiv la nivelul neuronului, ci în acela al dezvoltării şi diversificării lor la acest nivel, al ponderii ce o deţin în realizarea excitabilităţii celei mai ridicate şi a sintezei şi eliberării cuantificate a neurotransmiţătorilor, neuromodulatorilor şi neurohormonilor.

III. 2.1. Pompe ionice Pentru existenţa oricărei celule ca sistem termodinamic deschis este

necesară întreţinerea în timp a asimetriei de distribuţie a ionilor de o parte şi de alta a membranei periplasmatice prin păstrarea la valori cvasiconstante a concentraţiilor acestora în interior (homeostazie). Această asimetrie necesară vieţii generează gradienţi electrochimici ce devin efectivi în momentele în care se deschid canalele ionice. Menţinerea în timp a homeostaziei ionice nu este posibilă decât fie renunţând la canalele ionice, fie refăcând asimetria prin pomparea ionilor împotriva propriilor gradienţi electrochimici. Cum prima soluţie este exclusă de însăşi calitatea de sistem deschis a celulei, rămâne operantă cea de-a doua. Pompele ionice sunt, deci, mecanisme a căror finalitate este homeostazia ionică, aceasta însemnând menţinerea în citoplasmă a unor concentraţii reduse pentru Na+ şi Ca2+ şi crescute pentru K+, Mg2+. Există pompe şi pentru alţi ioni dar acestea nu au o implicaţie directă în integrarea neurală

55

III. 2.1.1. Pompa de Na+-K+

Transportorul deţine cinci situsuri de complexare a ionilor: două pentru K+ şi trei pentru Na+ (fig. 23).

La faţa externă a membranei, în prezenţa unei enzime specifice (E1),

transportorul complexează doi ioni K+. Complexul organometalic astfel format se deplasează la faţa internă a membranei unde, în prezenţa unei alte enzime (E2), pierde afinitatea pentru ionul K+ pe care îl eliberează în citoplasmă.

Sub influenţa aceleiaşi enzime (E2) transportorul formează un alt complex organometalic prin legarea a trei ioni Na+ din citoplasmă pe care îi va deplasa la faţa externă eliberându-i în lichidul interstiţial, după care ciclul se reia (fig. 24). Deplasând cei doi ioni împotriva gradienţilor electrochimici acest mecanism a primit numele de pompă de Na+ - K+.

Fig. 23 Configuraţia ipotetică a transportorului comun pentru Na+ şi K+

Fig. 24 Mecanismul pompei de Na+-K+

56

Pompajul ionic cu stoichiometria de 3 Na+ pentru 2 K+ generează trei consecinţe majore: a) reface şi menţine homeostazia ionică, necesară proceselor metabolice, caracterizată de concentraţii citoplasmatice sporită pentru K+ şi redusă pentru Na+ (asimetria ionică); b) încărcarea electrică a „condensatorului” membranar ca urmare a faptului că scoaterea din citoplasmă a trei sarcini electrice pozitive – purtate de Na+ – şi readucerea în citoplasmă a două sarcini electropozitive – purtate de K+ – echivalează, în fapt, cu expulzarea unei sarcini pozitive la fiecare ciclu de transport, lăsând în citoplasmă o sarcină negativă liberă – purtată de macromoleculele amfolite şi c) acumularea unei importante energii potenţiale reprezentate de gradientul chimic al Na+ orientat spre interior [Na+]e= 440 mM/[Na+]i = 50 mM). Asupra acestor probleme vom reveni la analiza mecanismului excitabilităţii.

Transportul activ de Na+ şi K+ se realizează cu consum de energie chimică eliberată de ATP sub acţiunea adenozintrifosfatazei, enzimă a cărei activitate este intensificată atunci când, faţă de valorile normale, creşte concentraţia Na+ şi/sau cade concentraţia K+ în citoplasmă, şi redusă de modificările în sens invers ale concentraţiilor aceloraşi ioni. Din acest motiv enzima responsabilă de transportul activ al celor doi ioni se numeşte ATP-aza Na+-K+ dependentă, ea fiind diferită calitativ de ATP-azele activate de alţi ioni (Ca2, Mg2+ etc.).

Pompa de Na+-K+ fiind un mecanism în care sunt implicate procese enzimatice, macromolecule şi transferuri energetice, prezintă o activitate a cărei desfăşurare se caracterizează printr-o anumită inerţie, în sensul că trecerea de la un nivel funcţional la altul atât în sensul creşterii, cât şi al descreşterii intensităţii de transport, implică un anume consum de timp. Ca urmare, intensificarea activităţii pompei, comparativ cu nivelul de repaus, sub influenţa creşterii concentraţiei citoplasmatice a Na+, se realizează progresiv şi relativ lent, ca şi reducerea ei atunci când concentraţia Na+ scade, ca urmare a pompajului, la normal. Aceasta este inerţia metabolică a oricărei pompe. Deşi apare ca un dezavantaj pentru celulă, ceea ce şi este în plan metabolic, această inerţie a pompei se dovedeşte a fi de mare utilitate în planul excitabilităţii (a se vedea paragraful respectiv). Tripla finalitate a pompei nu trebuie să ducă la concluzia greşită că activitatea în sine a acestui mecanism ar fi trimodală, în sensul existenţei unei disjuncţii între trei roluri diferite. Pompa de Na+-K+ are o activitate unimodală, cele trei tipuri de laturi nu sunt echivalente pentru celula nervoasă, ci ele se ierarhizează pe baza criteriului importanţei. Toate trei laturile condiţionează viaţa neuronului ca element component al sistemului integrator, dar în măsură diferită, primordială fiind, totuşi, latura homeostazică întrucât de ea depinde în mod direct metabolismul ca bază a existenţei şi funcţionării celulei. De altfel, activitatea enzimei principale a acestui mecanism –

57

ATP-aza – este dependentă de concentraţiile citoplasmatice ale Na+ şi K+ şi nu de voltajul membranar sau gradientul de Na+. Pe de altă parte, însuşi voltajul şi gradientul de Na+ sunt, în ultimă analiză, două aspecte particulare ale aceleiaşi homeostazii generale a celulei.

III. 2.1.2. Pompa de Ca2+ Importanţa ionului de Ca2+ în organism este deosebită, el fiind

implicat, după cum vom vedea, în cele mai diverse procese fiziologice. Din acest motiv homeostazia calciului atât la nivel citoplasmatic, cât şi plasmatic şi interstiţial, beneficiază de cele mai prompte şi eficiente mecanisme de întreţinere.

În spaţiul citoplasmatic al neuronului concentraţia ionului Ca2+ trebuie menţinută la un nivel redus în condiţiile în care din exterior el pătrunde pasiv prin canale proprii. Din acest motiv pompa de Ca2+ este un mecanism activ de extruzie a acestui ion. Principial, pompa de Ca2+, are aceeaşi schemă de funcţionare cu cea de Na+-K+ (vezi fig. 19). Adenozintrifosfataza este dependentă de concentraţia internă a Ca2+, activitatea ei fiind intensificată de creşterea acesteia şi invers. Transportorul prezintă situsuri doar pentru calciu. Homeostazia calciului la nivel celular rezultă din armonizarea transportului activ spre exterior, realizat de pompă şi mişcarea pasivă spre interior realizată la nivelul canalelor specifice atunci când acestea sunt active (deschise). Cum însă închiderea canalelor este un proces activ, chiar dacă unul indirect activ, homeostazia calciului la nivel celular este controlată nu numai de activitatea pompei specifice, ci şi de mecanismul ce asigură închiderea (inactivarea) canalelor proprii.

III. 2.2. Mecanismul de schimb antiport Na+/H+

În ultima analiză, celula este, în plan energetic, un „motor cu hidrogen”! Pentru oricare dintre activităţile sale consumatoare de energie – sinteze, transport activ, pompe ionice, contracţie etc. – celula dispune de o singură sursă directă: ATP. Aceasta întrucât prin ruperea enzimatică a unei legături fosfat din ATP se eliberează o cuantă de energie chimică de valoare mare (legături fosfat macroergice) necesară şi suficientă amorsării proceselor active din celulă. Toate celelalte substanţe eliberează, într-un mod sau altul, cuante mici de energie (legături microergice), insuficiente activităţii celulei.

Utilizarea energiei eliberată din ATP, conform reacţiei globale: EPADPATP azaATP ++⎯⎯⎯ →⎯ − → proces activ [1]

58

duce progresiv la epuizarea sursei şi la moartea celulei prin colaps energetic. De aceea ATP-ul trebuie resintetizat printr-un proces invers, consumator de energie, conform reacţiei:

ATPE

ăFosforilazPADP1

→+

+ [2]

Resinteza ATP-ului ridică doar problema sursei pentru energia E1, întrucât adenozindifosfatul (ADP) şi fosfatul (P) sunt reutilizabili, iar enzima (fosforlaza) poate fi sintetizată de celulă. Această sursă este reprezentată de substanţele organice exogene (luate din mediu sub formă de hrană): proteine, lipide şi glucide care, din acest unghi de privire, nu sunt decât decât „rezervoare de hidrogen”. Prin procese enzimatice complexe acestea ajung la un termen final comun – acidul piruvic – a cărui moleculă conţine carbon, oxigen şi hidrogen. Sub acţiunea enzimei, numită dehidrogeneză, acidul piruvic pune în libertate hidrogenul şi un rest molecular conform reacţiei simplificate:

Acid piruvic → CO2 + H [3] Atomul de hidrogen este activat la forma ionică prin pierderea

electronului unic ( )+−⎯→⎯−

HH e şi combinat cu oxigenul venit din interstiţiu (oxigen respirator) şi el activat la rândul lui. Rezultatul oxidării hidrogenului (proces numit ardere) este eliberarea de energie şi formarea unei molecule de apă. Această energie reprezintă însă o cuantă mică, insuficientă ca atare pentru refacerea ATP-ului. De aceea, prin procese complexe, la nivelul mitocondriei se „sumează” mai multe asemenea cuante mici până când suma lor atinge valoarea optimă (E1 cuantă mare) necesară şi suficientă legării fosfatului de adenozindifosfat (reacţia (2)). Întrucât legarea fosfatului de adenozindifosfat este, în fapt, un proces de fosforilare şi întrucât energia necesară acestui proces se obţine dintr-un proces de oxidare (a hidrogenului) se spune că refacerea adeno-zintrifosfatului (ATP) este rezultatul unei fosforilări oxidative. Pe aceasta se bazează caracterizarea mitocondriei ca „microcentrală energetică” a celulei, la nivelul căreia au loc fosforilări oxidative.

Acest excurs în problema energeticii celulare a fost obligatoriu pentru a putea înţelege necesitatea existenţei unui mecanism de scoatere din celulă a ionilor H+. Problema acestei necesităţi este ceva mai complexă decât pare la o primă şi succintă analiză. De vreme ce prezenţa mecanismului de extruzie a protonului este o necesitate pentru celulă,

59

înseamnă că există o cauză care determină generarea lui în exces. Pericolul reprezentat de acumularea ionilor H+ vizează homeostazia acido-bazică, cu tot cortegiul ei de consecinţe. Acidifierea produsă prin creşterea peste limită a concentraţiei ionilor H+ ar duce la inhibarea unor enzime şi la stimularea altora, la accentuarea caracterului bazic al substanţelor amfolite (proteinele) şi schimbarea reactivităţii lor biochi-mice, la schimbarea gradului de disociere chimică a compuşilor solvaţi în apa plasmatică etc. Faţă de toate aceste consecinţe negative celula se apără prin antiportul Na+/H+. Dar care este motivul pentru care evoluţia nu a dus la apariţia unei modalităţi de echilibrare între „producerea” ionilor H+, prin dehidrogenare enzimatică şi „consumul” acestora prin oxidare? Este, oare, o imperfecţiune a Naturii? Credem că nu! Cel mai probabil, cauza acestui fenomen trebuie căutată prin abordarea problemei dintr-un unghi. Finalitatea generării protonului este combinarea lui cu oxigenul respirator în scopul obţinerii energiei. Dacă producţia de protoni ar fi mai redusă, atunci s-ar naşte un pericol mult mai mare: acumularea în exces a oxigenului la nivelul celulei (în apa citoplasmei, în endo- şi exomembrane, în carioplasmă etc.). Oxigenul aflat în exces sporeşte posibilitatea generării, în diferite moduri, a radicalilor liberi ai oxigenului (care au un orbital ocupat de un singur electron). Radicalii liberi ai oxigenului sunt extrem de periculoşi pentru sistemul viu întrucât declanşează reacţii în lanţ de formare de noi radicali liberi (inclusiv organici) din chiar formaţiunile celulare, ducând la distrugerea completă a acestora într-un interval de timp foarte scurt (minute). Astfel, aparenta imperfecţiune a balanţei hidrogen – oxigen, înclinată în favoarea celei dintâi, poate fi considerată o modalitate eficientă de apărare împotriva pericolului reprezentat de apariţia radicalilor liberi ai oxigenului.

Pentru ca ionii H+1 să poată fi expulzaţi din celulă se foloseşte energia potenţială reprezentată de gradientul de concentraţie al Na+ (Na+ ext. = 440 mM, iar Na+ int. = 50 mM) care astfel dinamizează antiportul. Pentru a înţelege acest mecanism vom compara antiportul cu o roată cu palete al cărei ax este paralel cu suprafaţa membranei celulare. Punerea în mişcare a roţii este posibilă numai prin acţiunea concomitentă şi în sensuri opuse a două forţe asupra paletelor situate diametral simetric (fig.25). Forţa principală o reprezintă gradientul ionilor Na+ care tind să intre în celulă, iar cea de-a doua, gradientul ionilor H+ care tind să iasă din celulă. Prin mobilizarea „roţii cu

_____________ 1 Protonul este extrem de activ şi de aceea el nu poate exista liber în

soluţii apoase, ci sub formă de ion hidroniu H3O+ .

60

palete” ionii de Na+ pătrund în celulă, iar ionii H+ ies la exterior. În extruzia protonului se cheltuieşte direct energia gradientului de concentraţie al Na+ şi nu energia metabolică (ATP), motiv pentru care antiportul Na+/H+ este un mecanism pasiv. În realitate însă, întrucât gradientul de Na+ a fost realizat de pompa de Na+-K+ cu consum de ATP, antiportul este un mecanism indirect activ (transport activ de ordinul II)

Soarta celor doi ioni transferaţi prin mecanismul antiport este

diferită. Ionii Na+ pătrunşi în celulă vor fi expulzaţi din nou la exterior de pompa Na+-K+ activată de prezenţa lor în exces faţă de cerinţele homeostazice, iar ionii H+, expulzaţi din celulă, vor rămâne, în cea mai mare parte, ataşaţi electrostatic de faţa externă a membranei (forţa electrostatică ce îi reţine provine atât de la grupările hidrofile externe ale membranei, cât şi de la electronegativitatea internă a celulei polarizate).

III. 2.3. Sisteme enzimatice la nivelul membranei neuronale La nivelul membranei periplasmatice există un bogat

echipament enzimatic cu diverse roluri în metabolismul şi funcţionarea specifică a neuronului. Pe lângă acţiunile individuale asupra anumitor substanţe, enzimele membranale au largi diponibi-lităţi de interacţiune atât reciprocă, cât şi cu enzimele citoplasmatice, formând un ansamblu catalitic unitar pe întreaga celulă. În cadrul acestuia se pot distinge sisteme enzimatice ca entităţi catalitice legate de un aspect sau altul al metabolismului sau funcţiilor specifice îndeplinite de neuron.

Fig. 25 Mecanismul antiport Na+/H+

61

III. 2.3.1. Sistemul enzimatic energetic (ATP-azele) Există, după cum am văzut, un sistem enzimatic implicat în

asigurarea energiei la nivelul membranei aşa cum este sistemul adenozin-trifosfatazelor. Toate aceste enzime sunt unitare atât prin substratul lor comun ATP-ul, cât şi prin rezultatul lor comun – eliberarea de energie. Ceea ce le diversifică, în interiorul ansamblului unitar, este destinaţia diferită a energiei eliberate din ATP în raport de care activitatea catalitică a fiecărei adenozintrifosfataze este dependentă de un alt parametru citoplasmatic: concentraţia Na+ şi a K+, concentraţia Ca2+, a Mg2+, a H+ precum şi concentraţiile nutrienţilor (aminoacizi, acizi graşi, monozaharide) sau ale unor cataboliţi cu moleculă mare. Deducem astfel că sistemul ATP-azelor poate fi considerat şi ca un sistem enzimatic de întreţinere a homeostaziei, toate schimburile celulare active având această finalitate. Dar mai corectă este considerarea ATP-azelor în sistemul enzimatic energetic deoarece în membranele multor celule, inclusiv ale celor neuronale (sau în intimitatea lor) există proteine contractile (de tip actomiozinic) care necesită energie în procesul scurtării (contracţie localizată, slabă cu destinaţie multiplă).

III. 2.3.2. Sistemul enzimatic de comunicare Interrelaţiile enzimatice la nivelul membranei periplasmatice fac

dificilă departajarea între diversele categorii doar în baza acţiunii lor principale. Astfel, cel puţin o parte din cele ce compun sistemul energetic, aşa cum sunt ATP-azele Na+K+ şi Ca2+ dependente, participând la realizarea potenţialului electric de membrană – în baza căruia se asigură excitabilitatea –, pot fi încadrate şi în sistemul enzimatic de comunicare. Totuşi, păstrând acelaşi criteriu al acţiunii principale, în acest sistem vom introduce doar acele enzime care catalizează procese implicate direct în comunicare, nu şi pe cele ce asigură eliberarea energiei necesare acestora. Deşi sunt mai multe sisteme de enzime de acest tip ne vom opri, pe scurt, asupra a două dintre ele, a căror importanţă o considerăm a fi mai mare. Este vorba de sistemele adenilatciclazei şi fosfatidilinozitolkinazei de la nivelul membranei neuronale şi a altor celule implicate în comunicare atât prin intermediul neurotransmiţătorilor şi stimulilor electrici, cât şi al neuromodoulatorilor şi al hormonilor.

III. 2.3.2.1- Sistemul adenilatciclazei La polul de intrare al neuronului mesagerii de ordinul I

(neurotransmiţătorii, curentul electric, neuromodulatorii şi hormonii)

62

determină reglarea, direct sau indirect, a unui important proces enzimatic: fosforilarea şi defosforilarea anumitor proteine specifice. Acţiunea unor mesageri de ordinul I constă în stimularea fosforilării, iar a altora în stimularea defosforilării, din jocul cantitativ-calitativ al lor rezultând procesul adecvării acţiunii fiziologice. Secvenţele acestor procese sunt redate sumar în fig. 26.

Legarea mesagerului chimic de receptorul specific, ori acţiunea curentului electric, determină activarea adenilatciclazei ca primă şi majoră secvenţă a lanţului de reacţii ce vor urma.

Fig. 26 Sistemul adenilatciclazei şi activitatea fiziologică.

mg I – mesageri de ordinul întâi; mg II – mesageri de ordinul al doilea; NT – neurotransmiţător; H – hormon; R – receptor

Sub acţiunea adenilatciclazei ATP-ul este transformat în AMPc

(adenozinmonofosfatul ciclic). Dacă este implicat GTP-ul, va lua naştere GMPc (guanozinmonofosfatul ciclic). În alte cazuri (sau paralel cu

63

producerea AMPc şi GMPc) mesagerul de ordinul I determină (şi) eliberarea ionului Ca2+ de la faţa internă a membranei. AMPc, GMPc şi Ca2+ îndeplinesc rolul de mesageri de ordinul II, ei activând una din cele două enzime, fie proteinkinaza A – care catalizează reacţia de fosforilare a proteinelor specifice, fie proteinfosfataza – care catalizează defosforilarea acestora. În unele cazuri mesagerul de ordinul I, aşa cum este insulina, activează direct proteinkinaza fără participarea mesagerului de ordinul II. În neuroni, în general, pare să existe un singur tip de proteinkinază stimulată de AMPc, un singur tip de proteinkinază stimulată de GMPc şi mai multe proteikinaze stimulate de Ca2+. Proteinfosfatazele neuronale – care catalizează defosforilarea – sunt mai numeroase şi activitatea lor este stimulată sau inhibată tot de unul dintre mesagerii de ordinul II, însă altul decât cel ce a stimulat proteinkinaza.

Proteinele specifice (masă de 20 000 daltoni) ce pot fi fosforilate de proteinkinazele A dependente de AMPc, GMPc şi Ca2+ sunt foarte diferite şi numeroase (peste 70 la nivelul neuronilor), ceea ce explică marea varietate a efectelor în plan funcţional. Ele pot fi proteine-canal, proteine-receptor, proteine-transportor sau proteine-enzime, fiecare categorie cuprinzând mai multe tipuri. Pentru exemplificare, receptorii nicotinici ai acetilcolinei sunt de mai multe tipuri (alfa, beta, gama etc.) tocmai întrucât fosforilarea lor, prin care sunt activaţi, este produsă, pentru unii, de proteinkinaza dependentă de AMPc, pentru alţii de cea dependentă de Ca2+ sau GMPc. Fosforilarea unora sau altora dintre receptori conduce la efecte diferite. În mod similar trebuie gândită şi diversitatea canalelor ionice care, în cele mai multe cazuri, par a fi ele însele şi receptori pentru anumiţi mesageri de ordinul I: acetilcolină, adrenalină, serotonină, dopamină etc. Chiar şi eliberarea neurotransmiţătorilor (sau a altor mesageri) este reglată prin fosforilarea şi desfosforilarea proteinelor specifice care asigură ataşarea veziculelor de faţa internă a membranei butonale. Sunt atât de numeroase implicaţiile fosforilării proteinelor specifice, încât se poate considera că acest proces mijloceşte cvasitotalitatea activităţilor fiziologice de la nivelul neuronilor, ca o cale finală comună angajată în moduri diferite şi determinând consecinţe diferite. În aceste modalităţi celula răspunde prin activităţi fiziologice specifice la acţiunea stimulilor.

III. 2.3.2.2. Sistemul fosfatidilinozitolkinazei Acest al doilea mare sistem enzimatic cu origine membranară

determină, în cele din urmă, tot fosforilarea proteinelor specifice, însă altele decât cele din sistemul adenilatciclazei. Schema sistemului este redată în fig. 27.

64

Numeroase semnale extracelulare (neurotransmiţători, stimuli electrici, modulatori şi hormoni) determină activarea enzimei fosfati-dilinozitolkinazei care degradează fosfolipidul (fosforilat) din membrană, degradare în urma căreia rezultă două consecinţe : eliberarea de Ca2+ din stocul membranar şi formarea de diacilglicerol.

Atât Ca2+, cât şi diacilglicerolul, dar pe căi şi modalităţi separate şi paralele, activează o altă categorie de enzime de fosforilare a proteinelor specifice şi anume, proteinkinazele C. Acestea din urmă vor cataliza reacţia de fosforilare a unui alt tip de proteine specifice decât cele din sistemul adenilatciclazei, cu masa de 40 000 daltoni. Defosforilarea este produsă de proteinfosfataze ce pot fi activate, cel mai probabil, de mesagerii de ordinul II din sistemul adenilatciclazei (AMPc, în special). Astfel apare o relaţie antagonică între cele două sisteme enzimatice, deşi, în unele cazuri, ele se pot manifesta ca sinergice.

Proteinele substrat asupra cărora acţionează proteinkinazele C sunt

mai puţin cunoscute la nivelul neuronilor decât cele fosforilate de proteinkinaza A. Multe dintre proteinele acestea (40 K) par a fi localizate la nivelul membranelor presinaptice, pe feţele lor citoplasmatice.

Cele două proteinkinaze – A şi C – declanşează activităţi fiziologice diferite prin fosforilarea unor proteine diferite (20 şi 40 K). Cei mai mulţi neuroni par să deţină proteine-receptor din ambele categorii, activarea

Fig. 27 Sistemul fosfatidilinozitolkinazei şi activitatea fiziologică. NT – neurotransmiţător; H – hormon; R – receptor.

65

unora antagonizând activarea celorlalte. Încât, semnalul extern (mesagerul de ordinul I) care induce sistemul fosfatidilinozitolkinazei promovează, în general, funcţiile celulare, în timp ce semnalul ce induce sistemul adenilatciclazei le antagonizează. Sunt şi cazuri în care, la unele celule (hepatice de exemplu), cele două sisteme sunt agoniste, potenţându-se unilateral. Nu poate fi exclusă o cooperare – sinergică sau antagonică – între enzimele de fosforilare: proteinkinazele A şi C. Independent de modul concret al acţiunilor secvenţiale sistemul fosfatidilinozitolkinazei, ca şi cel al adenilatciclazei, asigură elaborarea răspunsului fiziologic specific la acţiunea mesagerilor extracelulari permiţând stabilirea între diversele celule a unor relaţii acţionale şi nu pur informaţionale.

III. 2.4. Sistemul receptor al membranei Între proteinele ataşate feţei externe a membranei, cele cu rol de

receptor sunt deosebit de importante atât pentru existenţa, cât şi pentru funcţionarea neuronului. Ele sunt, de fapt, glicoproteine şi lipoproteine speciale sintetizate în cadrul metabolismului celular şi amplasate în stratul extern al membranei. Porţiunea externă a receptorului prezintă nu numai situsuri de o înaltă specificitate biochimică, ci şi o configuraţie spaţială caracteristică. Încât, pentru ca o substanţă activă să se poată lega de receptorul membranar, ea trebuie să aibă nu numai o afinitate chimică, ci şi o configuraţie sterică adecvată acestuia (fig.28).

Tocmai această specificitate stereochimică determină marea varietate

a receptorilor membranari. Membrana neuronală deţine, ca şi aceea a altor celule, trei categorii de receptori: a) pentru neurotransmiţători, b) pentru hormoni şi c) pentru neuromodulatori, fiecare categorie fiind formată din mai multe variante.

Receptorii pentru neurotransmiţători, situaţi la polul de intrare al neuronilor, sunt reprezentaţi, se pare, chiar de porţiunile externe ale proteinelor canal sau de formaţiuni ataşate acestora. Consecinţele principale ale legării neurotransmiţătorului de receptorul specific sunt: a) deschiderea

Fig. 28 Schema diverselor tipuri sterice de receptori (R) membranari

66

unui anumit tip de canale ionice (de Na+, K+ sau Ca2+) în cazul neurotransmiţătorilor excitatori, sau închiderea mai fermă a acestora, în cazul celor inhibitori; b) declanşarea uneia sau a ambelor sisteme enzimatice: al adenilatciclazei sau / şi al fosfatidilinozitolkinazei. Varietatea stereochimică a receptorilor membranari este identică cu aceea a mesagerilor chimici, existenţa unuia dintre aceştia fără un receptor adecvat fiind lipsită de sens.

Receptorii pentru hormoni, distribuiţi cvasiuniform pe membrana somei neuronale, sunt organizaţi în mod similar cu precedenţii şi respectă aceleaşi principii interacţionale. Consecinţa principală a legării hormonului de receptorul specific este eliberarea unui mesager de ordin secund care, influenţând pozitiv sau negativ anumite echipamente enzimatice (protein-kinazele A şi C), determină una sau alta din activităţile fiziologice.

Receptorii pentru neuromodulatori, deşi similari cu precedenţii ca organizare şi principiu interactiv, se deosebesc fundamental de aceştia prin faptul că, în realitate, ei nu servesc declanşării proceselor fiziologice, ci modulării acestora. Uneori această modulare este atât de complexă încât procesul însuşi este proiectat din sfera fiziologicului în aceea a psihologicului. Prin activarea lor sub acţiunea substanţelor modulatoare, în general neuropeptide, se asigură procese ca memoria, motivaţia, afectivitatea, personalitatea chiar (a se vedea mai sus paragraful despre proteinele-receptor ale membranei neuronului şi cel despre neuropeptide).

III. 2.5. Mecanismul de funcţionare a canalului ionic Această problemă se reduce, de fapt, la mecanismul închiderii şi

deschiderii canalelor de Na+ extrapolându-se, apoi şi la celelalte canale. Există numeroase detalii biochimice cu privire la componentele moleculare ale canalelor ionice, dar, în ceea ce priveşte structura lor, modul cum aceste componente interacţionează asigurând funcţionarea ansamblului, lucrurile sunt încă departe de a fi cunoscute, toate explicaţiile oferite de membranologi fiind bazate pe ipoteze. Faptul că unele din aceste ipoteze conţin elemente străine logicii biologice se datorează, în mare măsură, abordării pluridisciplinare şi nu interdisciplinare a acestei probleme situată în domeniul microcosmosului celular. Din numeroasele modele explicative vom prezenta doar două: unul, pentru că este mai larg acceptat printre specialişti, celălalt, pentru că este mai aproape de logica fiziologică.

III. 2.5.1. Modelul barierelor (porţilor) Pornind de la constatarea că o schimbare în sens pozitiv a voltajului

membranar iniţiază mişcări transmembranare pasive ale ionilor Na+ (şi K+), s-a admis (1952) că activitatea canalelor este controlată de structuri de

67

„poartă” încărcate electric care îşi modifică poziţia ca răspuns la anumite schimbări în câmpul electric al membranei. Dezvoltările ulterioare ale acestei ipoteze au impus cu necesitate elaborarea unui model al canalului care să corespundă postulatelor acesteia.

În lumenul canalului (fig. 29) ar exista o zonă de selectivitate, reprezentată printr-o „strâmtoare” încărcată electronegativ, care ar admite trecerea ionilor în funcţie de sarcină (numai cationi) şi de dimensiuni numai Na+, în unele canale şi numai K+, în altele, cei doi ioni având dimensiuni diferite).

În partea inferioară a canalului se dispun două bariere care asigură funcţionarea propriu-zisă a canalului, una de inactivare şi alta de activare.

Schimbările în poziţiile barierelor sunt determinate de mişcările

intramembranare ale unor purtători de sarcină, mişcări declanşate de schimbările voltajului membranar. În starea de repaus purtătorii de sarcină intramembranari sunt situaţi în zona internă a membranei, bariera de inactivare este deschisă, iar cea de activare închisă. Când voltajul membranar devine mai pozitiv, sub influenţa stimulului, purtătorii de sarcină intramembranari se deplasează spre faţa externă a membranei, generând mici curenţi intramembranari spre exterior şi, ca urmare, se deschide bariera de activare, canalul trece în stare deschisă şi devine accesibil ionilor Na+ admişi de filtrul de selectivitate. Influxul ionilor Na+ prin canal generează un curent spre exterior descris de o curbă sigmoidă datorită închiderii progresive a barierei de inactivare, cea de activare rămânând în continuare deschisă. În această fază orice altă variaţie în sens pozitiv (depolarizant) a voltajului membranar nu se însoţeşte de un nou flux ionic prin canal, acesta fiind inactivat. Când voltajul membranar se reface (repolarizare), la o anumită valoare a acestuia, purtătorii intramembranari

Fig. 29 Modelul barierelor

(porţilor) în funcţionarea canalului ionic

68

de sarcină se deplasează spre faţa internă a membranei, generând mici curenţi intramembranari spre interior şi, ca urmare, se deschide bariera de inactivare şi se închide cea de activare, canalul trecând în stare închisă, specifică fazei de repaus.

Remarcăm că cele trei stări ale canalului: închisă, deschisă şi inactivă sunt deduse din mişcările ionice de la nivelul canalului. Este considerat în stare deschisă acel canal prin care curge efectiv un curent ionic. Canalele care nu sunt deschise mişcărilor ionice, dar sunt capabile să se deschidă, sunt numite canale închise. Canalele prin care, deşi nu sunt închise, nu se petrec mişcări ionice sunt în stare inactivată (de exemplu, un canal de Na+ este deschis de o variaţie în sens depolarizant produsă din exterior şi prin el se scurg ioni specifici; dacă depolarizarea se prelungeşte în timp atunci, deşi canalul încă nu s-a închis, tocmai datorită depolarizării menţinute, prin el nu se mai scurg ioni, canalul fiind inactivat). Toate canalele trec din starea deschisă în starea inactivă înainte de a se întoarce la starea închisă.

În funcţie de natura stimulului care determină deschiderea canalelor de Na+ acestea sunt de două categorii: i) voltaj-dependente şi ii) ligand-dependente. Canalele voltaj dependente trec dintr-o stare în alta ca răspuns la variaţiile căderii de potenţial dintre cele două feţe ale membranei neuronului: reducerea acesteia (depolarizare) determină deschiderea, iar creşterea (repolarizarea) – închiderea canalelor de Na+. Cele ligand-dependente trec în starea deschisă ca urmare a legării unui ligand particular – în mod normal un neurotransmiţător, – şi în starea închisă ca urmare a îndepărtării ligandului. Această modalitate presupune existenţa unor receptori specifici. Deşi cele două modalităţi – voltaj şi ligand-dependente – nu se exclud reciproc, – cele mai multe canale folosesc numai una dintre acestea.

III. 2.5.2. Modelul ocluzării (fig. 30)

Acest model are la bază două proprietăţi ale proteinelor: amfifilia şi capacitatea de a forma complecşi organometalici. Pompa de Na+-K+, în calitate de mecanism homeostazic, asigură atât încărcarea electrică a membranei – prin raportul de schimb 3 Na+/ 2K+ –, cât şi energia (potenţială) necesară ejectării ionilor H+ – prin mecanismul antiport Na+

/H+. Ionii H+ expulzaţi din celulă rămân la interfaţa membrană – interstiţiu din două motive: sunt atraşi la membrană de electronegativitatea zonei (dată atât de capetele hidrofile ale fosfolipidelor, cât şi de câmpul anionilor organici – A din citoplasmă) şi respinşi, tot spre membrană, de

69

electropozitivitatea ionilor Na+ cantonaţi în zona interstiţială adiacentă, întrucât protonii sunt ejectaţi numai după scoaterea ionilor de Na+ şi cu concurenţa acesteia.

Fig. 30 Modelul ocluzării în funcţionarea canalului ionic

Capetele externe ale proteinei canal (gura externă a canalului), din cauza densităţii mari a ionilor de H+ (pH – acid), vor dobândi un comportament bazic şi, în această stare, vor manifesta o puternică afinitate pentru ionul Ca2+ din exterior, ion metalic cu un pronunţat caracter acid. Ionul Ca2+ poate oferi spre ligandare cu proteinele două până la şase legături coordinative. Punctele active ale subunităţilor proteice oferite spre ligandare fiind dispuse pe marginea internă a gurii canalului, legarea ionului Ca2+ va duce la ocluzarea acesteia, întocmai ca aşezarea pe ea a unui „capac”. Tăria legăturilor dintre Ca2+ şi liganzii proteici, prin care se decide stabilitatea complexului organometalic format, depinde, în primul rând, de tăria cu care se manifestă caracterul bazic al proteinei canal. Cum, însă, caracterul bazic al proteinei este funcţie de densitatea ionilor H+ de la faţa externă a membranei, iar densitatea acestora este determinată de gradientul de Na+ generat de pompă, se poate afirma că nu numai formarea, ci şi stabilitatea complecşilor organometalici formaţi la gura canalului depind de activitatea pompei de Na+-K+.

Dacă închiderea canalului ionic prin ocluzare este condiţionată de caracterul bazic al proteinelor, atunci deschiderea lui va fi posibilă, în primul rând, prin anularea acestui caracter care se poate realiza fie direct prin înlăturarea cauzei care l-a determinat ( a ionilor H+), fie indirect prin

70

mascarea chimică a punctelor de ligandare (acţiunea unor substanţe active cum sunt neurotransmiţătorii). Atât timp cât proteina va avea un caracter neutru sau acid (pH bazic la exterior), complexarea Ca2+ nu este posibilă, canalul rămânând neocluzat, indiferent dacă prin el se scurg curenţi ionici (canal deschis) sau nu (canal aşa-zis inactivat), scurgerea acestora datorându-se exclusiv gradienţilor electrochimici şi nu unor restricţii impuse de canalul în sine.

Redăm secvenţial întreaga această procesualitate: – pompa de Na+-K+ generează gradientul de Na+ şi asigură

funcţionarea antiportului Na+ /H+; – Tapetând faţa externă a membranei ionii H+ determină caracterul

bazic al proteinelor; – ionul Ca2+ din exterior se leagă de 2-6 liganzi proteici şi astfel

ocluzează gura externă a canalului ionic (canal în stare închisă); – în funcţie de tăria caracterului bazic al proteinei canalul poate fi

închis mai mult sau mai puţin ferm (mai multe stări închise); – stimulul – electric sau chimic – anulează caracterul bazic al

proteinelor ducând la desfacerea complexului şi degajarea gurii canalului (canal în stare deschisă);

– câtă vreme proteina nu revine la comportamentul ei bazic de o anumită tărie complexarea Ca2+ nu este posibilă, canalul rămânând deschis chiar dacă prin el nu mai trec curenţi ionici (canal în stare aşa-zisă inactivă);

– revenirea caracterului bazic la normal asigură refacerea complexului organometalic şi reînchiderea canalului prin ocluzare.

Observăm că, în conformitate cu acest model, canalul ionic nu funcţionează ca un sistem binar, ci el poate avea o stare deschisă şi, practic, o infinitate de stări închise, în funcţie de cât este de stabil complexul organometalic deci, în funcţie de gradul de fermitate a închiderii. Pe această bază poate fi mai bine înţeleasă acţiunea extrem de nuanţată a diverşilor neuromodulatori, ca şi a altor factori de influenţă. În ceea ce priveşte aşa-zisa stare inactivă, definită de absenţa curentului ionic la nivelul unui canal deschis, considerăm că denumirea este nu numai improprie, ci şi derutantă. Există, într-adevăr etape în desfăşurarea potenţialului de acţiune în care printr-un canal încă deschis nu trec curenţi ionici, dar acest fapt nu este datorat vreunei proprietăţi a canalului, ci gradienţilor electrochimici care generează fluxurile ionice şi a căror valoare s-a anulat tocmai datorită realizării acestor fluxuri.1 _____________

1 În cele ce urmează din materialul de faţă ne vom folosi în explicaţii de modelul ocluzării.

71

III. 2.6. Mecanisme implicate în realizarea secreţiei neuronale Secreţia este o funcţie comună tuturor neuronilor întrucât ei

reprezintă elemente componente ale unui sistem de integrare în care comunicarea interelementară se face prin mesageri chimici. La apariţia lor în procesul evoluţiei neuronii găsesc în organism modalitatea chimică de integrare cu care sunt obligaţi nu doar să convieţuiască, ci să şi conlucreze. Efectorii din organism, la acel moment, nu cunoşteau decât limbajul chimic încât, pentru a putea comunica cu ei, neuronii au fost obligaţi să şi-l însuşească şi să îl utilizeze chiar şi în relaţiile dintre ei. Modalitatea electrică, superioară celei chimice, a rămas să asigure procesele fine şi complexe ale receptării discrete, conducerii rapide, stocării şi prelucrării eficiente ale semnalelor. Modalitatea chimică, rezervată strict comunicării la interfeţe (neuron-neuron, neuron-efector), a fost îmbunătăţită atât printr-o largă diversificare moleculară a mesagerilor, cât şi printr-o accentuată cuantificare a eliberării lor.

Secreţia ca funcţie celulară este destinată întregului. Ca proces, secreţia cuprinde trei faze: a) sinteza produsului; b) stocarea temporară şi c) eliberarea. Neurotransmiţătorii, sau mesagerii chimici de comunicare la interfeţe, sunt sintetizaţi la nivelul ergastoplasmei care este bine dezvoltată în neuroni (corpii Nissl), trădând o productivitate ridicată. Faptul că neuronul are polul de ieşire a mesagerilor la distanţă mare de locul de sinteză (uneori peste 1 m), depozitarea nu se poate face în corpul celular decât parţial, motiv pentru care dezvoltarea aparatului Golgi nu este pe măsura capacităţii de sinteză, rolul acestuia fiind luat de ansamblul vezicular butonal, dispus chiar la locul de eliberare. Transportul produsului de la corpul celular la butonul terminal este facilitat de neurofibrilele axonale în lungul cărora acestea sunt purtate cu o viteză superioară altor modalităţi (difuzia), similar unui transport „pe cablu” la nivelul căruia se utilizează, cel mai probabil, energia electrostatică. Neurofibrilele dispuse în mănunchi în lungul axonului, la nivelul butonului terminal se curbează formând o buclă. Eliberarea neurotransmiţătorului din vezicule se face prin exocitoză, proces în care rolul membranei este esenţial.

În starea de repaus membrana butonului terminal, având canalele ionice închise, este încărcată electronegativ pe faţa internă. Membrana veziculelor cu neurotransmiţători este şi ea încărcată electronegativ pe faţa dinspre citoplasmă. Ca urmare, veziculele vor fi ţinute la distanţă de membrana butonului, prin respingere electrostatică (fig. 31A). În momentul depolarizării membranei butonale, faţa citoplasmatică a acesteia devine, pentru scurt timp, electropozitivă şi atrage electrostatic veziculele electronegative (fig. 31 B). Întrucât depolarizarea s-a realizat ca urmare a

72

deschiderii tuturor canalelor ionice, pe lângă influxul de Na+ va avea loc şi un flux de Ca2+. Prezenţa aici a ionului de Ca2+ determină două consecinţe majore: i) activarea proteinkinazei C care va produce fosforilarea a două proteine aflate pe feţele citoplasmatice ale membranei butonale (proteina F) respectiv membranei veziculare (sinapsina I) şi ii) ligandarea celor două proteine şi fixarea astfel a veziculei la membrana presinaptică, permiţând deschiderea spre fantă a veziculei prin reorganizarea fosfolipidelor membranare (fig. 31 C şi D).

Fig. 31 (A, B, C, D)

Mecanismul exocitozei în eliberarea neurotransmiţătorilor În planul funcţiei secretorii neuronii manifestă o mare plasticitate.

Majoritatea neuronilor sintetizează şi eliberează un mesager principal şi, în funcţie de anumite circumstanţe, unul sau mau mulţi produşi secundari, de regulă neuropeptide (chiar şi unii dintre mesagerii principali sunt de natură peptidică). Din acest motiv, clasificarea neuronilor în adrenergici, colinergici, serotoninergici etc. este relativă ea vizând doar mesagerul principal. Plasticitatea în planul secreţiei se manifestă mai pregnant prin modificări periodice ale sintezei şi eliberării, constituind ritmurile nictemeral, circadian, selenar, sezonier, precum şi modificări corelate cu vârsta individului. În toate aceste modificări sunt implicate relaţiile specifice dintre echipamentele enzimatice şi dintre mecanismele lor de activare-inactivare. Plasticitatea secretorie se manifestă şi în spaţiu, nu numai în timp, diversele regiuni ale axului cerebrospinal având un anume specific secretor, astfel încât se poate vorbi de o topografie biochimică a sistemului în ansamblul său.

Neurotransmiţătorii secretaţi şi eliberaţi de neuroni prezintă o mare diversitate biochimică. Pe lângă cei „tradiţionali” (acetilcolina, adrenalina, serotonina), au fost identificaţi peste 50 de neurotransmiţători: amine,

73

purine, peptide, aminoacizi. Având capacitatea de a produce mai mulţi mesageri chimici, neuronul poate răspunde la acţiunea stimulilor şi prin schimbarea expresiei biochimice, deci calitativ şi nu numai prin modificarea cantitativă a unui singur neurotransmiţător. Pare a nu fi exclusă posibilitatea ca un neuron (în special din cortexul cerebral) să îşi schimbe neurotransmiţătorul excitator în unul inhibitor.

III. 3. Procese electroionice la nivelul membranei neuronale În starea de repaus a neuronului, prin distribuirea asimetrică cu

consum energetic a ionilor Na+ şi K+, se acumulează o importantă energie potenţială în forma gradienţilor electrochimici. Acţiunea oricărui excitant constă în deschiderea canalelor ionice şi, prin aceasta, în actualizarea energiei potenţiale în energie cinetică (difuzională). Prin canalele astfel deschise vor avea loc fluxurile ionice în baza gradienţilor chimic şi electric, deci un transport de sarcină (curenţi electroionici). În acest mod neuronul trece din starea sa de repaus în stare de activitate electroionică. Prin gravitatea afectării homeostaziei intracelulare, ca urmare a acestor fluxuri, trecerea în stare de activitate a neuronului devine obligatorie, întrucât ştergerea asimetriei de distribuţie a ionilor de Na+ şi K+ are semnificaţia unui prim pas spre moartea celulei.

III. 3.1. Geneza şi întreţinerea potenţialului membranar de repaus (fluxurile ionice active)

La nivelul citoplasmei neuronilor substanţele amfoilite (proteinele) sunt încărcate electric negativ (anioni) din cauza valorii ph-ului. Ionii pozitivi (cationi) de Na+ şi K+ prezenţi în citoplasmă se cuplează electrostatic cu anionii organici.

(A) neutralizându-se reciproc (C+A-) (fig.32). Anionii organici (A-) sunt, însă, mult mai numeroşi.

Pompa de Na+-K+, prin stoichiometria ei de schimb de 3 Na+ pentru 2 K+, elimină o particulă pozitivă (Na+), la fiecare ciclu, lăsând în citoplasmă un anion organic (A-). Ionii K+ introduşi în citoplasmă sunt anulaţi electrostatic de alţi anioni organici, astfel încât contribuţia lor este, în această fază, nulă din punct de vedere electric. În consecinţă, la faţa externă a membranei se acumulează sarcini pozitive (Na+) iar la faţa internă sarcini negative (A-). În acelaşi timp, pompa asigură activitatea antiportului Na+/H+ şi, implicit, închiderea canalelor prin complexarea Ca2+ la gura lor externă (ocluzare). În această stare membrana are o cădere de potenţial pe cele două feţe de 60-80 mv, faţa internă fiind negativă (A-) iar cea externă

74

pozitivă (Na+) (în faţa valorii voltajului membranar se trece, întotdeauna, semnul sarcinii aflată în acel moment la interior: -60; -80 mV).

Fig. 32

Geneza şi menţinerea potenţialului membranar de repaus Sarcinile de semn contrar aflate de o parte şi de alta a membranei se

atrag reciproc, tinzând să se deplaseze prin membrană. Ionii Na+ nu pot traversa membrana spre interior nici la nivelul matricei fosfolipidice, datorită hidrofobicităţii ei, nici la nivelul canalelor de Na+, datorită ocluzării lor (stare închisă). Anionii organici (A-) hidrofili nu pot nici ei traversa membrana spre exterior nici la nivelul matricei, din acelaşi motiv, dar nici prin canale, chiar dacă ar fi deschise, ele fiind prea strâmte pentru particule atât de mari. Încât membrana are, în această stare, valoarea unui condensator electric încărcat, feţele hidrofile având valoare de armături, iar zona acizilor graşi dintre ele valoare de dielectric.

Valoarea specifică a potenţialului de repaus odată realizată, activitatea pompei de Na+-K+ nu încetează din cel puţin două motive: a) deschiderea aleatorie a unui număr redus de canale şi b) permanenta funcţionare a antiportului Na+/H+. In orice moment, în oricare punct al membranei, se pot întruni condiţii capabile să determine, direct sau indirect, deschiderea cel puţin a unui canal ionic. Influxul de Na+ prin puţinele canale deschise aleatoriu şi prin antiport este, desigur, redus dar permanent şi, din acest motiv, pompa de sodiu este obligată la o corectare continuă a concentraţiei interne a acestui ion. Această activitate bazală a pompei, cu mici oscilaţii, dar permanentă, ca un „zgomot de fond”, trebuie considerată ca având valoarea unui „tonus funcţional de repaus” prin care se evită

75

consecinţele negative ale intrării ei în inerţie de repaus. Deci, pompa de Na+-K+ îndeplineşte următoarele roluri: a) asigură homeostazia ionică a citoplasmei (mult K+ şi puţin Na+); b) generează condiţii (gradientul de Na+) pentru realizarea schimbului antiport Na+/H+; c) determină, indirect, închiderea canalelor ionice prin complexarea Ca2+ la gura externă a acestora; d) încarcă condensatorul electric membrana prin stoichiometria de schimb 3 Na+/2 K+ şi e) generează energia potenţială pentru realizarea fluxurilor ionice la nivelul canalelor prin distribuirea asimetrică a ionilor Na+ (mult afară şi puţin înăuntru) şi K+ (puţin afară şi mult înăuntru).

III. 3.2. Geneza şi desfăşurarea potenţialului de acţiune (fluxurile ionice pasive)

În timpul fazei de repaus energia (potenţială creată de pompă vizează numai ionii Na+ şi A- întrucât ionii K+ sunt supuşi acţiunii a două forţe de sens contrar care se anulează reciproc: gradientul chimic orientat spre exterior şi gradientul electric, uşor superior valoric celui dintâi, orientat spre interior. Când canalele sunt deschise de acţiunea – stimulului extern (chimic sau electric), energia potenţială a gradienţilor devine actuală (energie cinetică) şi determină influxul ionilor Na+. În această fază acest influx este singurul eveniment posibil deoarece gradienţii electric şi chimic ai acestuia sunt orientaţi în acelaşi sens, iar efluxul anionilor organici (A-) nu este posibil întrucât dimensiunile lor exced diametrul canalului.

III. 3.2.1. Deschiderea (activarea) canalului ionic Dacă în preajma membranei aflată în repaus este plasat catodul

unei surse (fig.33) protonii situaţi pe faţa externă vor fi supuşi acţiunii a două forţe de sens contrar: F1

- câmpul sarcinilor negative de la faţa internă şi F2 - câmpul catodului. Când F2 este mai mare decât F1 ionii H+ migrează la catod şi, în consecinţă, capetele externe ale proteinei canal pierd caracterul bazic şi complexul organometalic se desface degajând gura canalului. Din cest moment mişcarea transmembranară a ionilor devine posibilă, energia potenţială trecând în energie cinetică.

Dacă în locul câmpului catodic (excitant electric) se acţionează cu o substanţă chimică adecvată consecinţa finală va fi aceeaşi: deschiderea canalului ionic, numai modalitatea de realizare va fi diferită (chimică şi nu fizică).

76

Pentru ca o substanţă chimică să fie capabilă să deschidă canalul

ionic ea trebuie să deţină cel puţin una din următoarele însuşiri: a) să aibă caracter bazic (OH-) suficient de pronunţat pentru a neutraliza ionii H+; b) să poată masca chimic situsurile de ligandare ale proteinei-canal, fără a se lega de ele; c) să aibă forţa chimică necesară şi suficientă de a scoate Ca2+ din complexul organometalic pentru a se combina cu el; d) să poată substitui Ca2+ din complexul organometalic pentru a se combina cu proteina-canal (fără ocluzarea canalului); e) să anuleze electronegativitatea citoplasmei la faţa internă a membranei (A-). În afara modalităţilor electrică şi chimică ce vizau zonele hidrofile ale membranei (armăturile condensatorului membra-nar), canalul ionic poate fi deschis şi prin alte modalităţi care vizează zona mijlocie hidrofobă a membranei (dielectricul condensatorului membranar). Astfel, substanţele liposolubile (alcoolul, numeroase aneste-zice, marea majoritate a drogurilor etc.) şi temperatura ridicată măresc fluiditatea fosfolipidelor (textura lor devine afânată) permiţând protonilor să traverseze matricea membranei în sensul dictat de electronegativitatea citoplasmei (A-). De asemenea, o forţă mecanică ce poate deforma membrana (de regulă a prelungirilor dendritice, dar şi axonice) este în măsură să provoace ruperea legăturilor dintre ionul Ca2+ şi punctele de ligandare ale proteinelor, eliberând gura externă a canalului. De menţionat că printr-o asemenea modalitate se pot induce modificări funcţionale şi la nivelul somei neuronilor aflaţi în imediata vecinătate a unor zone traumatizate sau în promixitatea unor tumori.

Fig. 33Activarea (deschiderea) canalului ionic prin stimul electric. F1 – forţa

electrostatică prin care ionii H+ sunt reţinuţi la suprafaţa externă a membranei; F2 – forţa câmpului catodic (intensitatea stimulului electric)

77

III.3.2.2. Numărul critic de canale deschise şi pragul de detonare a PA

Deschiderea unuia sau a câtorva canale ionice, indiferent prin ce modalitate, produce o modificare locală a potenţialului de repaus, cantonată la locul acţiunii factorului de influenţă. Aceasta din două motive: a) variaţia în sens pozitiv a potenţialului de repaus (scăderea pozitivităţii la faţa externă produsă de deschiderea unui număr mic de canale) este prea slabă pentru a putea disloca protonii din preajma canalelor vecine şi b) cantitatea de Na+ pătrunsă în celulă printr-un număr redus de canale astfel deschise este suficient de mică pentru a putea fi rapid şi cu uşurinţă expulzată de activitatea bazală a pompei. Încât, deşi se produce, variaţia potenţialului membranar de repaus rămâne un eveniment local, de mică amplitudine şi nepropagabil.

Pentru ca un factor de influenţă cu acţiune de scurtă durată să poată genera direct un eveniment electroionic suficient de amplu încât acesta, la rândul lui, să fie în măsură să deschidă alte canale în jur, adică să se propage, este necesar ca mărimea influxului de Na+ să fie superioară capacităţii pompei de a o corecta. Cum mărimea influxului de Na+ printr-un singur canal este, în condiţii determinate, o constantă, se poate deduce că, pentru a produce un eveniment capabil să se propage în jur este necesar ca excitantul să deschidă un anumit număr de canale ionice. Acesta este numărul critic sau numărul minim de canale prin care influxul de Na+ depăşeşte capacitatea momentană a pompei şi generează potenţialul de acţiune. Se înţelege că, dacă deschiderea unui număr mai mic de canale generează doar un efect local, incapabil de influenţare a zonelor din jur, deci, incapabil de propagare, deschiderea unui număr mai mare de canale decât cel critic nu va putea genera nici altceva, nici ceva în plus decât un potenţial ca acţiune. Aceasta este baza explicativă a legii „tot sau nimic”.

Numărul critic de canale care asigură iniţierea sau detonarea (firing level) potenţialului de acţiune nu reprezintă o constantă neuronală. Pentru oricare neuron valoarea numărului critic de canale este o variabilă în funcţie, în primul rând, de intensitatea activităţii pompei de Na+- K+ la momentul acţiunii stimulului. Dacă un stimul de o anumită intensitate acţionează asupra membranei la un moment când viteza pompei este redusă, atunci numărul critic de canale va fi mai mic comparativ cu situaţia în care acelaşi stimul surprinde pompa la un nivel mai ridicat de activitate.

Altfel spus, pentru a deschide numărul critic de canale când pompa este în activitate bazală este suficient un stimul de intensitate redusă, iar când pompa este la un nivel ridicat de activitate stimulul trebuie să aibă o intensitate sporită întrucât urmează ca el să deschidă

78

un număr critic de canale mai mare. Dacă stimulul este aplicat la început cu intensitate redusă şi aceasta creşte progresiv într-un interval de timp suficient de lung pentru a permite pompei să-şi sporească corespunzător viteza, atunci valoarea numărului critic de canale va creşte progresiv. De aceea este necesar ca intensitatea stimulului să fie dată integral de la început, adică stimulul să fie aplicat cu bruscheţe. Se estimează că, pentru o membrană neuronală cu un potenţial de repaus de aproximativ – 80 mV, numărul critic de canale deschise trebuie să asigure un influx de Na+ care să determine o reducere a potenţialului de repaus cu aproximativ 15 mV, ceea ce înseamnă că la – 65 mV (80-15=65 mV) se situează pragul de detonare a potenţialului de acţiune. Desigur, dacă potenţialul de repaus al neuronului este de – 75 mV atunci variaţia de sens pozitiv, capabilă să atingă pragul de detonare (firing level) va fi de aproximativ 10 mV. Toate acestea explică marea variabilitate a răspunsului neuronului la acţiunea unui stimul de aceeaşi intensitate. La acest punct al discuţiei nu putem rezista tentaţiei de a observa că în baza modelului barierelor care explică funcţionarea canalelor ionice nu se poate oferi un fundament raţional înţelegerii acestor fenomene, în aparenţă complicate dar, în realitate, foarte simple şi logice dacă sunt abordate de pe poziţiile modelului ocluzării canalelor.

III. 3.2.2.1. Excitabilitatea neuronului Este de remarcat, de la început, că excitabilitatea nu trebuie

considerată ca o însuşire propriu-zisă a neuronului, ci ca o stare a acestuia, variabilă în timp tocmai întrucât este determinată de cauze multiple. După cum se cunoaşte, canalele ionice au o singură stare deschisă şi mai multe stări închise, acestea fiind date de gradele de fermitate a închiderii, deci în ultimă instanţă, de nivelul stabilităţii complexului organometalic de la gura canalului (tăria legăturii coordinative dintre ionul Ca2+ şi proteinele canal). Cu cât stabilitatea complexului este mai mică, cu atât mai mare va fi excitabilitatea deoarece, pentru deschiderea unui asemenea canal, este suficient un stimul de intensitate mică. În acelaşi timp, însă, excitabilitatea neuronului nu este o măsură a vulnerabilităţii unui singur canal ionic, ci a unui anumit număr critic de canale prin care influxul de Na+ depăşeşte capacitatea momentană a pompei de a-i expulza. Din toate acestea deducem determinările multiple ale stării de excitabilitate (vulnerabilitate) a neuronului: a) cantitatea de Ca2+ din mediul pericelular, disponibilă pentru ocluzare; b) densitatea canalelor ionice (numărul lor pe unitatea de suprafaţă membrană); c) densitatea ionilor

79

H+ (valoarea pH-ului) la faţa externă a membranei; d) valoarea metabolismului energetic (sinteza de ATP) al neuronului la momentul considerat; f) prezenţa anumitor factori de influenţă externi, fizici (temperatură, câmp electric) sau chimici (neuromodulatori, hormoni, substanţe liposolubile, ioni de K+ etc.) şi g) nivelul stării de excitabilitate (vulnerabilitate) a neuronilor (sau altor celule)vecini.

Se constată că între factorii de care depinde excitabilitatea nu este inclusă valoarea potenţialului electric de repaus al membranei în ciuda faptului că o asemenea dependenţă este nu numai afirmată, ci dovedită experimental în multe circumstanţe. În fapt, este vorba doar de o aparenţă generată de împrejurarea că atât la baza excitabilităţii, cât şi a stării electrice de repaus se află acelaşi mecanism: pompa de Na+- K+. Realizând distribuţia asimetrică a sodiului de o parte şi de alta a membranei (asimetrie chimică), pompa generează condiţia energetică pentru ejectarea protonilor şi, prin aceasta, pentru închiderea canalelor cu un anumit grad de fermitate, cu o anumită vulnerabilitate faţă de stimul. Este de remarcat faptul că generarea acestei condiţii energetice este datorată exclusiv realizării gradientului de sodiu orientat spre interior, independent de faptul că extruzia sodiului se realizează sau nu în schimbul introducerii în celulă a potasiului, ori că acest schimb se face cu o stoichimetrie de 3/2, care este electrogenă, sau de 1/1, care este electroneutră. În acelaşi timp, însă, funcţionarea pompei cu stoichiometria de 3Na+/2K+ generează şi o distribuţie asimetrică a sarcinilor electrice, pe lângă asimetria chimică, graţie prezenţei anionilor organici care nu pot părăsi citoplasma. Dacă pompa determină excitabilitatea prin realizarea asimetriei chimice, tot ea determină şi valoarea potenţialului de repaus dar prin realizarea asimetriei electrice. Încât, o activitate mai intensă a pompei de Na+-K+ va duce nu numai la o creştere a stabilităţii complecşilor organometalici ai Ca2+ la gura externă a canalelor ionice – deci la o excitabilitate (vulnerabilitate) mai redusă –, ci şi la o accentuare a asimetriei electrice – deci la un potenţial de repaus mai ridicat. Că, într-adevăr, starea electrică nu condiţionează direct starea de excitabilitate, ele fiind doar stări paralele, reunite printr-un mecanism comun, se poate deduce din analiza unor situaţii reale în care valoarea excitabilităţii este diferită deşi valoarea potenţialului membranar de repaus este aceeaşi; i) doi neuroni având acelaşi potenţial de repaus (- 80 mV) pot avea excitabilităţi diferite întrucât densitatea canalelor ionice este diferită; ii) în timpul unui potenţial de acţiune membrana unui neuron are, în două momente distincte (fig. 34 a şi b), aceeaşi valoare a potenţialului de repaus, dar excitabilităţi diferite.

80

III. 3.2.3. Fluxurile ionice pasive sau desfăşurarea potenţialului de

acţiune Odată cu deschiderea canalelor, cel puţin la valoarea numărului

lor critic, energia potenţială a gradienţilor trece în energia cinetică mobilizând ionii Na+-K+ în sensul echilibrării termodinamice a fazelor lichide aflate de o parte şi de alta a membranei. Prin activitatea sa pompa de Na+-K+ generează, în realitate, o dublă forţă: una reprezentată de gradienţii chimici (de concentraţie) – datorată sensului de transport: sodiu spre exterior, potasiu spre interior şi alta de gradienţii electrici- datorată stoichiometriei transportului: 3 Na+ pentru 2 K+. Considerate pentru fiecare ion în parte forţele celor doi gradienţi nu au sensuri identice. Pentru Na+ gradientul de concentraţie este orientat spre interior, încât concentraţia lui este mai mare în faza interstiţială, ca şi cel electric, întrucât faza citoplasmatică este electronegativă. Pentru K+ gradientul chimic este orientat spre exterior, concentraţia lui fiind mai mare în faza citoplasmatică, iar cel electric spre interior întrucât el este reţinut de sarcinile electronegative aflate la acest nivel (A-). Încât, după deschiderea canalelor, următorul eveniment va fi influxul ionilor Na+, dar nu din cauza unei permeabilităţi mai mari a membranei.

Deschiderea numărului critic de canale nu se face instantaneu, ci cu un anume consum de timp deoarece canalele se deschid în salvă, unul după altul, până se atinge numărul critic. Aceasta este faza de prepotenţial (fig. 36 PP) care apare la stimuli cu intensitate optimă.

Cu cât intensitatea stimulului va fi mai mare, cu atât durata salvei (prepotenţială) va fi mai scurtă, existând o valoare a stimulului dincolo de care deschiderea lor este concomitentă, prepotenţialul dispărând.

Fig. 34 (a, b) Independenţa excitabilităţii faţă de valoarea potenţialului membranar: în momentele a şi b potenţialul electric are aceeaşi valoare, dar excitabilitatea este diferită

81

III. 3.2.3.1. Influxul pasiv al ionilor Na+ Influxul ionilor Na+ se realizează cu viteză mare datorită sumării

forţelor celor doi gradienţi care acţionează în acelaşi sens. Purtând sarcini pozitive spre interior, căderea de potenţial pe cele două feţe ale membranei scade rapid până la zero (fig. 35A-B), când în interior numărul sarcinilor pozitive este egal cu cel al sarcinilor negative -, apoi se inversează crescând în sens pozitiv până la aproximativ + 20 mV (fig. 35 C), când în interior numărul sarcinilor pozitive excede pe cel al sarcinilor negative. Aceasta este faza ascendentă a potenţialului de acţiune sau faza de depolarizare. În momentul terminării ei (fig. 35 C), căderea de potenţial pe cele două feţe ale membranei este de numai 20 mV (întrucât acum la faţa internă sunt sarcini pozitive, în faţa valorii potenţialului se trece semnul acestora: + 20 mV), exteriorul fiind negativ datorită prezenţei aici a ionilor Cl (proveniţi din disocierea clorurilor, în special a NaCl şi KCl).

Fig. 35 (A, B, C, D) Trei faze electrice succesive (A, B, C) ale influxului pasiv de

Na+ prin canalul deschis (D)

Mărimea influxului ionilor Na+, deci amplitudinea potenţialului de acţiune, nu are nici o legătură cu intensitatea stimulului, acţiunea acestuia reducându-se la deschiderea canalelor ionice. Dacă intensitatea, durata şi bruscheţea stimulului sunt în măsură să determine deschiderea numărului critic de canale, atunci va fi generat un PA. Aceasta este valoarea-prag a stimulului. Sub această valoare (subliminală) stimulul va deschide un număr subcritic de canale şi va permite un influx redus de Na+, uşor de corectat prin activitatea bazală a pompei. Când stimulul are valori supraliminale numărul de canale deschise va fi superior numărului critic, dar mărimea influxului de Na+ va rămâne aceeaşi deoarece el se realizează în baza gradienţilor chimic şi electric determinaţi de activitatea anterioară a pompei şi corelaţi valoric întrucât sodiul, considerat ca particulă chimică, este în acelaşi timp şi purtător de sarcină electrică. Astfel, deschiderea cel puţin a numărului critic de canale la un potenţial de repaus de – 90 mV va genera un influx de Na+ superior deschiderii aceluiaşi număr de canale la un potenţial de repaus de numai – 80mV. Deci amplitudinea PA este

82

determinată de valoarea PR şi nu de valoarea stimulului. Faptul că la –90mV canalele sunt mai ferm închise decât la –80mV şi că pentru deschiderea lor este necesară o valoare sporită a stimulului, poate conduce cu uşurinţă la concluzia greşită că amplitudinea PA ar depinde de valoarea stimulului.

III. 3.2.3.2. Efluxul pasiv al ionilor K+ Ca urmare a negativării fazei externe gradientul electric al ionilor K+

se inversează faţă de starea de repaus, încât el are acum acelaşi sens cu gradientul chimic cu care sumându-se constituie o forţă capabilă să determine efluxul acestui ion .Efluxul ionilor K+ se realizează cu viteză mai mică decât influxul ionilor Na+ , deoarece ambii gradienţi au valori inferioare: cel chimic – pentru că pompa scoate la exterior 3 ioni Na+ şi aduce la interior numai 2 ioni K+, iar cel electric – pentru că valoarea căderii de potenţial la membrană este acum de numai 20mV faţă de 80mV cât corespundea influxului de Na+. Din acest motiv faza descendentă este mai lentă. Ca urmare a efluxului ionilor K+ potenţialul membranar scade de la +20mV la zero şi apoi creşte în sens negativ până la aproximativ –60mV (fig. 36 A, B, C), moment în care forţa celor doi gradienţi devine nulă.

Aceasta este repolarizarea electrică pasivă a membranei ca primă parte a fazei descendente a potenţialului de acţiune. Deşi din punct de vedere electric acest moment este apropiat de starea de repaus, din punct de vedere chimic distribuţia celor doi ioni este foarte departe de aceasta fiind mult Na+ la interior şi mult K+ la exterior.

Fig. 36 (A, B, C, D)

Două faze electrice succesive (A, B) ale efluxului pasiv de K+(D) şi faza electrochimică activă de repolarizare (C) a membranei

Anomalia de distribuţie a celor doi ioni, care atinge maximul în acest

moment, va fi corectată prin intervenţia pompei de Na+-K+, în calitatea ei de mecanism homeostazic. Anomalia de distribuţie a început să se producă încă în prima parte a fazei ascendente când influxul ionilor Na+ a dus la

83

creşterea concentraţiei sale interne, dincolo de limita admisă de homeostazie. Or, tocmai această creştere a Na+ intern reprezintă factorul principal de stimulare a ATP-azei specifice, adică a activării pompei de Na+-K+ în calitatea ei de mecanism de refacere şi întreţinere a homeostaziei ionice. Cum, însă, trecerea pompei la o viteză superioară de activitate, corespunzătoare noilor condiţii, se face cu un anume consum de timp, datorită inerţiei metabolice, efectele ei specifice se vor face simţite abia din momentul în care mişcările pasive ale celor doi ioni prin canalele încă deschise vor fi terminate (epuizarea gradienţilor). Pe tot acest interval de timp pompa a activat „în gol” deoarece mişcarea activă a ionilor într-un sens era anulată de mişcarea lor pasivă în sens opus prin canalele deschise, dar nu a activat în zadar, întrucât tocmai acest interval a fost necesar şi suficient pentru a atinge noul regim de viteză. Din acest moment (-60 mV) şi până la atingerea vechii valori a potenţialului de repaus (-80mV) se derulează cea de-a doua parte a fazei descendente a potenţialului de acţiune numită repolarizare electrică activă, asociată cu o distribuţie normală a celor doi ioni: mult Na+ la exterior şi mult K+ la interior. Abia din acest moment, datorită creşterii progresive a gradientului Na+ orientat spre interior, devine posibilă ejectarea protonilor la faţa externă a membranei prin antiportul Na+/H+ şi, ca urmare, realizarea condiţiilor pentru reînchiderea progresivă a canalelor ionice prin ocluzare sterică cu Ca2+.

III. 4. Pompa de Na+-K+mecanism homeostazic cu autoreglaj Pompa de Na+-K+ este un mecanism cu autoreglaj întrucât nivelul de

activare a ATP-azei specifice este dependent tocmai de concentraţiile citoplasmatice ale ionilor transportaţi: creşterea Na+ sau/şi reducerea K+

stimulează activitatea enzimei, modificările de sens invers inhibând-o. Cum în timpul fazei de repolarizare electrică activă pompa reduce progresiv concentraţia citoplasmatică a Na+ şi o sporeşte pe cea a K+, ea îşi autodetermină în acest mod reducerea propriei activităţi şi, prin aceasta, a transportului ionic. Inerţia metabolică se manifestă însă şi în acest caz şi, ca urmare, activitatea pompei nu se opreşte brusc în momentul atingerii valorilor de repaus ale homeostaziei iono-electrice (la –80mV), ci ea continuă în timp – desigur cu o viteză ce scade progresiv – ducând potenţialul de repaus la valori mai negative (aprox. –90mV) (fig.21 C). Prin deschiderea aleatorie a canalelor ionice, pe fondul unei activităţi reduse a pompei, potenţialul revine încet la valoarea normală. Menţinerea quasiconstantă a acesteia, cu mici oscilaţii locale, este expresia echilibrării valorice dintre mărimea influxului pasiv al Na+, datorat deschiderii spontane a unor canale şi aceea a efluxului activ al Na+, datorat activităţii bazale, de fond a pompei ionice. Când canalele sunt deschise sub acţiunea

84

stimulului adecvat şi începe influxul de Na+, tocmai creşterea concentraţiei sale constituie factorul care produce activarea ATP-azei şi trecerea pompajului la un nou regim de viteză de lucru.

III. 5. Propagarea potenţialului de acţiune Să considerăm un fragment de membrană neuronală cu geometrie

plană, încărcată la valoarea potenţialului de repaus (-80mV), asupra căreia a acţionat un stimul de valoare suficientă pentru a deschide cel puţin numărul critic de canale (fig.37).

Fig. 37 (A, B, C)

Trei faze succesive (A,B,C) ale depolarizării pe o porţiune plană de membrană şi valorile corespunzătoare ale potenţialelor membranare (a, b, c)

În momentul terminării fazei ascendente a potenţialului de acţiune

(fig. 37 A), determinată de influxul ionilor Na+, porţiunea membranei afectată de stimul va fi electronegativă la faţa externă (datorată prezenţei ionilor Cl-) şi electropozitivă la faţa internă (datorată excesului ionilor Na+) (+20mV), invers decât porţiunile învecinate, aflate încă în stare de repaus (-80mV). Purtătorii de sarcină aflaţi pe cele două feţe ale membranei sunt: în zona depolarizată ionii Cl- la exterior şi ionii Na+ la interior, iar în zonele vecine, aflate la potenţialul de repaus, ionii Na+ şi H+ la faţa externă şi ionii A-(anionii organici) la faţa internă. Deşi sarcinile de semn contrar se atrag reciproc cu forţe egale, electromigrarea purtătorilor de sarcină este strict determinată de mobilitatea lor în soluţii apoase. Dintre toţi purtătorii de sarcină cea mai mare mobilitate o au ionii H+ care pot transla dintr-un nod în altul în cadrul reţelei formată de moleculele apei, dând o viteză globală apreciabilă, deşi fiecare ion H+ se deplasează doar între două noduri vecine.

85

Ca urmare ionii H+ sunt singurii în măsură să se deplaseze în câmpul sarcinilor negative. Atraşi de electronegativitatea zonei depolarizate (ionii Cl-) ionii H+ vor migra din zonele vecine acesteia, determinând aici deschiderea altor canale ionice (fig. 37 A).

Distanţa maximă de la care pot fi atraşi protonii este dependentă de căderea de potenţial dintre zona negativă şi cea pozitivă, deci de amplitudinea potenţialului de acţiune (de depolarizare).

Dacă prin depolarizarea iniţială provocată de stimul (fig. 37 A) ia naştere, la faţa externă a membranei, o zonă electronegativă centrală, înconjurată de una electropozitivă, după realizarea primului pas al propagării (fig. 37 B), ca urmare a repolarizării zonei iniţiale, ia naştere o zonă electronegativă circulară mărginită de ambele părţi de zone electropozitive. Deşi electronegativitatea acestei zone va exercita o forţă de atracţie egală asupra sarcinilor pozitive aflate de ambele părţi, totuşi, propagarea se va produce numai într-un sens (centrifugal). Explicaţia constă în faptul că, deşi ambele sunt electropozitive, cele două zone nu au aceleaşi valori ale potenţialului de repaus: zona frontală (periferică) are potenţialul la valoarea de repaus (-80mV), iar cea posterioară (centrală) la o valoare mai negativă (-90mV, vezi fig. 36. C), determinată de inerţia metabolică a pompei care nu se poate opri brusc la atingerea stării iniţiale. Desigur, dacă din diverse motive (acţiunea unor medicamente, droguri sau în anumite neuropatii), activitatea pompei este deficitară sau dacă nu toate valenţele ei funcţionale devin actuale, atunci potenţialul zonei posterioare devine egal sau inferior celui din zona frontală şi propagarea se realizează şi în sens retrograd ducând la consecinţe deosebit de grave în planul integrării neuronale. Procesul continuă afectând radiar zonele mai îndepărtate.

Din cele de până aici rezultă o concluzie deosebit de importantă, şi anume, că propagarea potenţialului de acţiune este un fenomen bazat pe procese de electromigrare ce au loc exclusiv la faţa externă a membranei. Aceasta deoarece: a) mecanismul biochimic (complexarea organometalică a Ca2+) care controlează accesul prin canal este situat la gura externă a acestuia; b) ionii H+, care determină nu numai închiderea canalului, ci şi gradul ei de fermitate, sunt cantonaţi la faţa externă a membranei şi iii) tot la această faţă, sub acţiunea stimulului, ia naştere forţa (electro-negativitatea) capabilă să disloce din zonele învecinate purtătorii de sarcină (ionii H+)cu cea mai mare mobilitate în soluţii apoase. Cu toate că şi la faţa internă a membranei depolarizate se creează o situaţie similară, zona electropozitivă fiind înconjurată de o zonă electronegativă (fig. 37.a), între ele exercitându-se forţe de atracţie electrostatică de aceleaşi valori ca şi la exterior, cu toate acestea, aici nu au loc mişcări ale sarcinilor electrice

86

întrucât particulele purtătoare (Na+ şi A-) au o mobilitate în soluţie apoasă nulă comparativ cu aceea a ionului H+.

În ceea ce priveşte propagarea pe soma neuronului sau pe prelungirile sale, mielinizate sau nu, deosebirile nu sunt de esenţă, ea realizându-se în baza aceleiaşi legităţi, ci doar de nuanţă, ele fiind determinate de geometria suprafeţelor, de distanţele reale dintre zonele electronegative şi electropozitive de la suprafaţa externă a membranei şi de valoarea reală a amplitudinii potenţialului de acţiune.

III. 5.1. Viteza de propagare a potenţialului de acţiune În exemplul de mai sus (fig. 37) propagarea se realiza prin deplasarea

din aproape în aproape a ionilor H+ de pe suprafaţa membranei aflată în repaus spre cea aflată în acţiune. În consecinţă viteza propagării potenţialului de acţiune, mai mică decât viteza de electromigrare a ionilor H+ deoarece se adaugă şi timpul necesar deschiderii canalelor şi realizării influxului Na+, este redusă (sub 30 m/sec.). Pe o suprafaţă membranară liberă, fără mielină, viteza de propagare a PA creşte odată cu creşterea electronegativităţii zonei depolarizate, deci paralel cu creşterea valorii amplitudinii PA iniţial (la rândul ei, aflată în raport de directă proporţionalitate cu valoarea potenţialului de repaus de la care se porneşte). Dacă ne referim strict la prelungirile neuronale nemielinizate, datorită geometriei lor (cilindru), viteza de propagare poate creşte odată cu creşterea diametrului acestora deoarece cantitatea totală de sarcină negativă pe aceeaşi lungime a porţiunii depolarizate va fi mai mare (fig. 38).

Fig. 38 Viteza de propagare creşte odată cu creşterea diametrului fibrei:

sporeşte cantitatea totală de sarcină pe aceeaşi lungime la fibrei Pentru a satisface nevoile concrete ale unei existenţe complexe, în

care viaţa este condiţionată şi de rapiditatea circulaţiei informaţiei şi comenzii în circuitele de integrare, evoluţia a selectat o modalitate de

87

propagare mult mai eficientă sub acest aspect, anume propagarea saltatorie.

Porţiuni bine delimitate ale prelungirilor sunt izolate electroionic de lichidul interstiţial, lăsând între ele mici porţiuni de membrană, axonală sau dendritică, în contact nemijlocit cu acesta. Nemaiavând nici un rol funcţional, canalele ionice de pe porţiunile acoperite cu „izolator” dispar, rămânând doar în porţiunile neizolate. Izolarea axonului sau dendritei se realizează prin înfăşurarea repetată a mebranei celulei gliale (Schwann sau oligodendroglie) în jurul prelungirii formând un înveliş izolator (mielina). Întreruperile acesteia, unde membrana prelungirii rămâne în contact cu lichidul electroionic extracelular, formează nodurile Ranvier. Depolarizarea unui nod (electronegativarea externă) va determina electromigrarea ionilor H+ de la nodurile vecine, deschiderea canalelor ionice ale acestor porţiuni membranare şi generarea, în consecinţă, a unui potenţial de acţiune. Prin salturi de la un nod la altul potenţialul de acţiune se poate propaga cu viteze de patru-şase ori mai mari (120-180m/s) decât pe porţiunile neacoperite de izolator (fig. 39).

Fig. 39

Propagarea saltatorie Desigur, şi în acest caz, creşterea diametrului fibrei propriu-zise

(diametrul axonului sau dendritei, fără a include şi învelişul mielinic) va determina o sporire corespunzătoare a vitezei de propagare.

III. 6. Mecanismul transmisiei sinaptice (comunicarea la interfaţă) La nivelul butonului terminal al axonului, reprezentând polul de

ieşire al neuronului, se găsesc vezicule pline cu substanţă neorotransmiţătoare. Întrucât eliberarea acesteia în spaţiul sinaptic implică

88

reorganizarea fosfolipidelor din membrana veziculei şi cea a butonului, pe feţele citoplasmatice ale acestora se găsesc proteine speciale (proteina F şi sinapsina I) care, prin complexarea cu ionii Ca2+, asigură contactul strâns (mai puternic decât atracţia electrostatică) pe durata necesară reaşezării fosfolipidelor într-un bistrat ce se continuă între cele două membrane (vezi fig. 31 C şi D). Deschiderea veziculei spre faţa sinaptică este asigurată de reorganizarea fosfolipidelor din cele două membrane venite în contact.

Cantitatea de neurotransmiţător eliberată prin exocitoză va fi dependentă de durata totală a depolarizării membranei butonului terminal. După traversarea fantei sinaptice, neurotransmiţătorul ajunge la faţa externă a membranei postsinaptice (dendritică, somatică sau axonală pentru sinapsele neuro-neurale, respectiv la membrana formaţiunii efectoare pentru sinapsele neuro-motorii şi neuro-secretorii) unde intră în contact şi interacţionează cu proteina-receptor adecvată. Ca urmare a legării neurotransmiţătorului de proteina-receptor a formaţiunii postsinaptice, la nivelul acesteia apar consecinţe finale ce depind de tipul sinapsei şi de specificul funcţional al efectorului: depolarizarea (sinapsa neuro-neurală excitatoare) sau hiperpolarizarea (sinapse neuro-neurale inhibitorii), declanşarea contracţiei (sinapse neuromotorii) sau eliberarea unor produşi de sinteză (sinapse neurosecretorii).

III. 7. Uzura şi moartea neuronilor Solicitarea funcţională a neuronilor este apreciabilă, ei fiind implicaţi

în procese permanente de integrare. Cu toate acestea neuronii uzaţi nu pot fi înlocuiţi prin diviziune. Pierderea capacităţii de a se divide este un tribut plătit de neuron înaltei sale specializări funcţionale. Diviziunea este un proces grav a cărui desfăşurare impune întreruperea oricărei alte activităţi. Or, un asemenea repaus funcţional, necesar multiplicării, neuronul nu şi-l poate îngădui. Contradicţia ce apare între uzura relativ rapidă şi incapacitatea neuronului de a se reînnoi prin diviziune este rezolvată prin accentuarea turnover-ului componentelor celulare. Toate organitele celulare sunt supuse unui proces de reînnoire care se desfăşoară tot timpul: macromoleculele ce le compun sunt înlocuite cu altele noi, cele vechi fiind distruse prin catabolizare. Încât, reînnoirea în forma unui proces continuu – turnover-ul – aduce avantajul păstrării pe acelaşi palier valoric şi pentru vreme îndelungată a capacităţii funcţionale a neuronului, în timp ce reînnoirea în forma unui proces discontinuu – diviziunea –, pe lângă dezavantajul întreruperii periodice a activităţii specifice, ar fi generat şi dezavantajul unor permanente oscilaţii valorice ale capacităţii funcţionale determinate de uzura progresivă în intervalul dintre două diviziuni succesive. În acest mod neuronul este menţinut pentru multă vreme la

89

aproximativ aceeaşi „vârstă” nu numai funcţional, ci şi anatomic, „urmele” uzurii sale în timp fiind mereu „şterse” de procesul reînnoirii permanente. Acesta considerăm a fi motivul principal al renunţării la diviziune în cazul neuronului.

La nivelul sistemului viu, însă, „vârsta” nu este o simplă şi pasivă trecere prin timpul fizic, ci ea îşi află adevărata măsură în numărul de cicluri metabolice realizate efectiv. Sistemul viu nu este, deci, programat genetic să „existe” un anumit interval de timp, ci să „realizeze” un anumit număr de reacţii biochimice în cadrul metabolismului. Ca urmare şi neuronul, tocmai întrucât se reînnoieşte permanent, se va apropia implacabil de momentul epuizării numărului maxim de cicluri biochimice, dat prin programul său genetic, sfârşind prin moarte. Independent de locul în care sunt situaţi – scoarţă, trunchi, ganglioni – neuronii mor odată cu epuizarea programului genetic, locul lor fiind ocupat, în sens pur anatomic, de celulele gliale care se divid (fenomenul de cicatrizare). Este necesar să facem distincţie între moartea „naturală” a neuronilor, datorată epuizării programului genetic şi moartea „determinată”, prin mecanisme încă necunoscute, în scopul eliminării purtătorilor de erori genetice sau al reorganizării în interiorul unei formaţiuni nervoase. Independent de cauza care o determină, moartea însemnează afectarea unor reacţii reflexe întrucât nici un neuron nu poate exista decât integrat unui arc reflex. Pentru ca şi în aceste condiţii capacitatea integratoare a sistemului nervos să nu fie (prea mult) afectată, evoluţia a reţinut ca modalitate compensatoare formarea mai multor circuite neuronale paralele pentru una şi aceeaşi activitate reflexă. Încât, moartea unui neuron pe un circuit determină, pe lângă alte procese de reorganizare, intrarea în funcţie a unuia dintre circuitele de „rezervă”. Desigur, este vorba de o formă redundantă întrucât, se pare, numai în situaţii deosebite se ajunge la epuizarea, în finalul vieţii organismului, a tuturor circuitelor paralele.

90

IV. NEURONUL – COMPONENTĂ A SISTEMULUI CIBERNETIC ELEMENTAR

Sistemul nervos este un sistem cibernetic întrucât participă la

realizarea integrării organismului în baza culegerii, stocării şi prelucrării informaţiei, a elaborării comenzilor şi controlului executării acestora. Componenta elementară a sistemului nervos, la nivelul căreia se realizează prima treaptă a integrării, este arcul reflex (numit, de aceea, unitate structural-funcţională a sistemului integrator). Componenta de bază a arcului reflex este neuronul. Acesta, deşi nu este capabil de a realiza singur integrarea (motiv pentru care nu poate avea valoare de unitate structural-funcţională a sistemului nervos), deţine o sumă de însuşiri specifice care o fac posibilă. În baza acestora neuronul are calitatea de element component al sistemului cibernetic elementar – arcul reflex.

IV. 1. Polaritatea funcţională a neuronului Porţiunile membranei neuronului care poartă pe ele proteine-receptor

pentru neurotransmiţători (membrana postsinaptică) constituie polul de intrare. Aceste porţiuni pot fi reprezentate de membrana somei neuronale, a extremităţilor dendritice, a conului de emergenţă şi de porţiunea extrasinaptică a butonului terminal (fig. 40). Receptorii specifici pentru neurotransmiţători sunt, cel mai probabil, chiar proteinele-canal sau formaţiuni ataşate acestora. De ceea consecinţa legării neotransmiţătorului de receptorul specific este deschiderea canalelor ionice şi iniţierea potenţialelor locale şi/sau de acţiune. Încât, la nivelul polului de intrare se realizează transferul mesajului de pe suportul chimic (neorotransmiţătorul) pe un suport electric (potenţialele locale şi/sau de acţiune).

Fig. 40. Polaritatea funcţională a neuronului. INP – intrări; OUTP – ieşiri

91

Acest pol al neuronului este o adevărată „zonă a intrărilor” deoarece mesajele vin, în cele mai multe cazuri, pe câteva mii de căi distincte (sinapse), reprezentând tot atâtea intrări. Indiferent însă de numărul intrărilor, la nivelul somei neuronale şi conului de emergenţă al axonului toate mesajele sosite concomitent sunt prelucrate într-un singur proces, astfel încât întreaga zonă a intrărilor dobândeşte un caracter unitar.

Polul de ieşire al neuronului este reprezentat de acele zone membranare la nivelul cărora se eliberează neurotransmiţătorul (membrana presinaptică). Particularităţile acestei porţiuni membranare sunt determinate de funcţiile îndeplinite – eliberarea prin exocitoză a neurotransmiţătorului, în legătură cu care trebuie pusă prezenţa sinapsinei I pe faţa citoplasmatică şi recaptarea excesului de neurotransmiţător care scapă lizei enzimatice, în legătură cu care trebuie pusă existenţa în membrană a unor transportori specializaţi în acest sens.

IV. 1.1. Controlul polului de intrare Necesitatea unui asemenea control este impusă de însuşi calitatea

de microsistem cibernetic a neuronului. Controlul se realizează la două niveluri: a) elementar, local sau neuronal, reprezentând autoreglajul şi b) sistemic, general sau neuroendocrin, reprezentând reglajul (integrarea neuronului în suprasistem).

Controlul elementar rezidă în modificări ale excitabilităţii membranei din zonele de intrare produse de a) metabolism şi de b) funcţionarea însăşi a neuronului. Nivelul de desfăşurare a metabolismului condiţionează excitabilitatea atât în plan energetic, prin furnizarea de ATP necesar pompei de Na+-K+, cât şi în plan material, prin turnover-ul componentelor membranare, în special cel al proteinelor (receptori, transportori şi enzime). Funcţionarea neuronului, constând în generarea potenţialelor de acţiune, duce la modificări grave, dar de scurtă durată, ale excitabilităţii prin însăşi dinamica stărilor închise şi a celei deschise ale canalelor. În timpul potenţialului de acţiune se disting patru faze în care excitabilitatea are valori diferite (fig. 41). În timpul fazei de prepotenţial excitabilitatea creşte progresiv (fig. 41 A) până în momentul în care au fost deschise toate canalele numărului critic. În acest moment excitabilitatea devine nulă (fig. 41 B) întrucât aplicarea acum a unui nou stimul surprinde canalele în stare deschisă.

Este faza refractară absolută ce durează până în momentul în care activitatea intensificată a pompei realizează gradientul de Na+ necesar funcţionării antiportului Na+/H+ , determinând astfel legarea Ca2+ la gurile externe ale canalelor şi trecerea acestora în starea închisă.

92

Fig. 41 (A, B, C, D) Variaţiile excitabilităţii în timpul potenţialului de acţiune. Ex. – excitabilitate; N – valoare normală a excitabilităţii

Din acest moment excitabilitatea revine spre valoarea normală,

progresiv pe măsură ce se închid canalele; când numărul canalelor rămase încă neînchise este mai mic cu unu decât numărul critic, valoarea excitabilităţii excede nivelul iniţial atingând din nou valoarea maximă (fig. 41 C) pe care a avut-o la sfârşitul fazei de prepotenţial. În continuare excitabilitatea se va reduce pe seama activităţii încă sporită a pompei până la închiderea tuturor canalelor, când va atinge nivelul iniţial. Deşi toate canalele au fost închise excitabilitatea continuă să scadă chiar sub nivelul iniţial (fig. 41 D) datorită funcţionării inerţiale a pompei care sporeşte astfel gradul de fermitate a închiderii acestora.

Controlul la nivel sistemic se realizează prin modificarea excitabilităţii sub acţiunea unor substanţe active: neuromodulatori, neuro-transmiţători inhibitori şi hormoni, produse de alte formaţiuni celulare. Neuromodulatorii modifică excitabilitatea polului de intrare prin mecanisme ce diferă în funcţie de natura chimică a acestora: creşterea sau reducerea fluidităţii fosfolipidelor, a reactivităţii receptorilor celulari, a activităţii pompei Na+-K+, modificarea reactivităţii liganzilor proteici ai canalelor faţă de ionii Ca2+, modificarea zonală a densităţii canalelor ionice

93

etc. Neurotransmiţătorii inhibitori determină, prin mecanisme mai puţin cunoscute, dar interesând – cel mai probabil – creşterea remarcabilă a stabilităţii complecşilor organometalici ai Ca2+ cu proteinele-canal, o „anulare” temporară a excitabilităţii membranei, deci o blocare a intrării semnalelor.

Un rol important în realizarea controlului sistemic îl au cele două sisteme enzimatice de la nivelul membranei – cel al adenilatciclazei şi al fosfatidilinozitolkinazei (vezi fig. 26 şi 27). Este dovedit faptul că toate substanţele neurotrope de origine exogenă (medicamente, droguri, unii poluanţi chimici) acţionează prin interferenţa cu aceste mecanisme.

IV. 1.1.1. Codificarea semnalelor la nivelul zonei de intrare Membrana somei neuronale nu funcţionează doar ca un sumator, ci şi

ca un integrator de semnale. Dacă pe soma unui neuron ar descărca neurotransmiţător o singură sinapsă, situată în poziţie simetrică faţă de conul de emergenţă al axonului (fig. 42), atunci propagarea PA s-ar realiza ca o undă circumferenţială neîntreruptă în spatele căreia potenţialul revine la valorile de repaus.

Deoarece, în acest caz, membrana somei are aceeaşi valoare a

potenţialului de repaus pe toată suprafaţa sa, amplitudinea PA va fi aceeaşi în orice punct al undei propagate, indiferent de poziţia acesteia. Ajunsă la conul de emergenţă, electronegativitatea zonei de depolarizare (PA) va disloca ionii H+ de la primul nod, determinând deschiderea canalelor ionice şi la acest nivel. Încât, pe canalul purtător (axon) va pătrunde un singur potenţial de acţiune. În realitate, însă, pe soma neuronală descarcă, în majoritatea cazurilor, câteva mii de sinapse.

Probabilitatea ca toate acestea să se afle în aceeaşi fază de activitate este, practic, nulă, cu atât mai mult cu cât ele aparţin unor circuite neuronale distincte (convergente pe acelaşi neuron). În consecinţă, în fiecare moment membrana somei neuronale se prezintă ca un mozaic de zone cu potenţiale şi deci, cu excitabilităţi diferite (fig. 43).

Fig. 42 Propagarea pe o somă neuronală cu o singură

intrare

94

În această situaţie descărcarea neurotransmiţătorului la una din

sinapse va determina apariţia în acel punct a unui singur potenţial de acţiune care, însă, datorită mozaicului de excitabilitate, nu se va mai propaga sub forma unei unde circumferenţiale neîntrerupte, cu amplitudine şi viteză constante, ci sub forma unei unde sinuoase, întreruptă acolo unde ea a întâlnit o zonă aflată în perioada refractară şi având amplitudini şi viteze variabile de la un punct la altul. În acest mod, potenţialul unic de la intrare va fi multiplicat în numeroase alte potenţiale cu amplitudini variabile. Datorită mozaicului de excitabilitate creşte şansa propagării şi a potenţialelor de mai mică amplitudine. Informaţia în acest caz este purtată de amplitudinea potenţialelor întrucât, cu cât amplitudinea potenţialului iniţial a fost mai mare, corespunzând unei cantităţi mai mari de neurotransmiţător, cu atât mai multe direcţii de propagare sinuoasă vor avea şansa să ajungă la conul de emergenţă al axonului cu o amplitudine suficientă pentru a putea fi admise pe canalul purtător. Astfel, potenţialul de acţiune intrat, unic şi de amplitudine dată, propagat în aceste condiţii va ajunge la conul de emergenţă al axonului sub forma unui tren de potenţiale cu amplitudine diferită ce se succed la intervale de timp diferite (fig. 44 A). Deci membrana somei neuronale realizează o codificare a mesajelor într-o modalitate continuu analogă (fig. 44 a-A).

Fig. 44. Codificarea în modalitate continuu analogă (A, a) la conul de emergenţă a axonului şi discret analogă (B, b) la primul nod axonal.

PIC – pragul de amplitudine pentru intrarea pe canal (axon); IS – intensitatea stimulului

Fig. 43 Propagarea pe o somă neuronală

cu mai multe intrări

95

IV. 1.2. Recodificarea semnalelor la intrarea pe axon Pentru ca un potenţial de acţiune să poată intra pe canalul purtător el

trebuie să aibă o amplitudine minimă necesară dislocării protonilor de la nivelul primului nod Ranvier situat la o distanţă relativ mare faţă de conul de emergenţă (1-2 mm.). Din grupul de 10 potenţiale ajunse succesiv la conul de emergenţă (fig. 44 A) numai 5 îndeplinesc această condiţie, restul fiind inoperante. De remarcat că potenţialele cu amplitudini foarte mari pot atrage protonii de la primul nod încă înainte ca ele să ajungă la conul de emergenţă. Întrucât membrana axonală are aceeaşi valoare a potenţialului de repaus la toate nodurile, amplitudinea potenţialelor de acţiune intrate pe canal va fi aceeaşi pe toată lungimea acestuia. Fiind o mărime invariabilă amplitudinea nu mai poate fi purtătoare de informaţie, acest rol fiind transferat intervalelor dintre potenţiale. Întrucât se fac deseori confuzii, subliniem faptul că informaţia este purtată pe axon de intervalele dintre potenţiale şi nu de frecvenţa lor, aici fiind o modulare în perioadă, modularea în frecvenţă presupunând existenţa şi a unei frecvenţe purtătoare, ceea ce nu există în cazul neuronului. Rezultă că ansamblul format din conul de emergenţă şi primul nod Ranvier realizează o nouă codificare într-o modalitate discret analogă (fig. 44 b-B). Din acest motiv rolul lui este acela al unui convertor care asigură transferul informaţiei de pe amplitudine pe perioadă, deci transferarea codificării din modalitatea continuu-analogă în una discret-analogă.

IV. 1.3. Controlul polului de ieşire Polul de ieşire al neuronului este reprezentat de membrana butonului

terminal al axonului, unde are loc eliberarea neurotransmiţătorului (membrana presinaptică). Şi aici controlul se realizează prin intermediul excitabilităţii care poate fi modificată sub influenţa unor cauze cu originea la nivel elementar şi/sau la nivel sistemic. Ceea ce diferenţiază butonul terminal de soma neuronală este faptul că modificările excitabilităţii, atunci când sunt produse, interesează membrana butonului în întregul ei şi nu anumite porţiuni (nu apare mozaicul de excitabilităţi diferite), deşi chiar şi la acest nivel (în porţiunea extrasinaptică) există sinapse axo-axonale cu rol modulator sau inhibitor. Excitabilitatea pare a fi modulată de la nivel sistemic prin substanţe ce acţionează, mai cu seamă, prin influenţarea vitezei de lucru a pompei de Na+-K+ şi a activităţii principalelor echipamente enzimatice conexe (sistemele adenilatciclazei şi fosfati-dilinozitolkinazei). Canalele ionice pot fi blocate de neurotransmiţătorii inhibitori (exemplu GABA), cel mai probabil, prin sporirea stabilităţii complecşilor organometalici ai Ca2+ cu proteinele-canal. O anumită

96

influenţă asupra excitabilităţii membranei presinaptice poate fi exercitată, de asemenea, şi de starea electrică a membranei postsinaptice, prin posibila difuzie transsinaptică a ionilor, fanta sinaptică având lărgimea de numai 250Ao. Interpretăm această posibilă influenţă retrogradă ca o modalitate de acordare funcţională între entităţi celulare distincte, dar părtaşe la realizarea unui proces unitar – integrarea.

IV.1.3.1. Decodificarea semnalelor la nivelul butonului terminal La nivelul porţiunii incipiente a butonului terminal, acolo unde se

termină învelişul mielinic, potenţialele de acţiune îşi păstrează atât amplitudinea, cât şi succesiunea (intervalele) avute pe axon. Să considerăm un buton terminal la porţiunea incipientă a căruia a ajuns un singur potenţial de acţiune (fig. 45 A).

Fig. 45 (A, B)

Propagarea discretă (A) şi asociată (B) a potenţialelor de acţiune la nivelul polului de ieşire (butonul terminal)

Propagarea lui pe membrana butonală se va realiza sub forma unei

unde circumferenţiale neîntrerupte, cu aceeaşi amplitudine în oricare punct al ei. Ajunsă la porţiunea presinaptică a membranei, depolarizarea va atrage electrostatic veziculele la faţa internă a acesteia iar ionii Ca2+ , pătrunşi din fantă, vor asigura ancorarea lor un timp suficient pentru reorganizarea fosfolipidelor, şi deschiderea veziculelor urmată de eliberarea neuro-transmiţătorului (a se vedea paragraful despre membrana sinaptică). Cum însă veziculele se pot deschide spre fantă numai dacă, în prealabil, ele au fost aduse în contact cu faţa internă a membranei presinapatice prin atracţie electrostatică, vom înţelege că mărimea şi/sau numărul veziculelor care au şansa reală de a se deschide, deci cantitatea totală de neurotransmiţător eliberat, va fi direct dependentă de timpul cât membrana rămâne electropozitivă la faţa ei internă. În cazul de faţă acest interval de timp este egal cu durata unicului potenţial de acţiune sosit aici, care nu depăşeşte

97

2 ms. Într-un interval de timp atât de scurt vor putea fi aduse în contact cu membrana presinaptică doar veziculele cele mai mici (mai mobile) şi aflate mai aproape de aceasta. Ca urmare, cantitatea de neurotransmiţător eliberată este redusă şi ea poate fi considerată ca având valoare unitară, fiind eliberată sub influenţa unui singur potenţial de acţiune. Dacă intervalul de timp dintre două potenţiale de acţiune succesive este suficient de redus pentru a permite alăturarea lor (dar nu sumarea amplitudinii), atunci timpul cât membrana presinaptică se menţine electropozitivă la interior se dublează (4 ms) şi cantitatea de neurotransmiţător eliberată creşte corespunzător (fig. 45 B) prin creşterea numărului şi mărimii veziculelor aduse electrostatic în contact cu ea. Dacă această distanţă în timp creşte, potenţialele de acţiune determină consecinţe separate. În acest mod semnalul electric este decodificat şi informaţia transferată echivalent de pe un purtător fizic (potenţialul de acţiune), pe un purtător chimic (neurotransmiţătorul).

IV. 2. Interfaţa ieşire-intrare Adevărata polaritate funcţională a neuronilor se manifestă la nivelul

sinapsei. După cum s-a constatat, polii de intrare şi ieşire sunt reprezentaţi de zone restrânse, strict delimitate, ale membranei şi nu de toată membrana regiunii respective. Sinapsa deţine trei elemente componente din relaţiile cărora ia naştere un ansamblu funcţional cu valoare de interfaţă ieşire-intrare. Aceste elemente componente sunt: membrana presinaptică, fanta sinaptică şi membrana postsinaptică.

Despre particularităţile celor două formaţiuni membranare s-a discutat deja. Faptul că membrana presinaptică asigură eliberarea prin exocitoză a neurotransmiţătorului, iar cea postsinaptică asigură captarea acestuia prin fixarea stereospecifică temporară pe proteinele-receptor, conferă sinapsei rolul unei adevărate diode prin care semnalul nu poate trece decât într-un singur sens (ieşire-intrare). Acest dispozitiv asigură nu numai unidirecţionarea circulaţiei semnalelor, ci şi filtrarea în funcţie de intensitatea lor la intrare. Rolul de filtru revine membranei postsinaptice care deţine un număr determinat de receptori pentru neurotransmiţători, reprezentaţi de proteinele-canal sau de formaţiuni proteice ataşate acestora. Limita inferioară a valorii semnalului chimic la intrare este determinată de numărul critic de canale, prin deschiderea cărora ia naştere un potenţial propagabil, iar limita superioară de numărul maxim de canale deschise întrucât, la acest nivel, informaţia este purtată de amplitudine. Cele două limite nu reprezintă însă parametrii invariabili, ci ele se pot modifica în timp. Astfel, numărul critic de canale este mare când semnalul chimic surprinde pompa la un nivel ridicat de activitate şi mic atunci când

98

activitatea ei este redusă. Deşi asemenea modificări ale numărului critic de canale nu sunt spectaculoase, consecinţele sunt deosebit de importante pentru funcţionarea interfeţei ieşire-intrare. De asemenea, numărul total al receptorilor se poate modifica, desigur, în intervale de timp mai lungi şi numai în anumite condiţii. Acesta poate creşte prin sinteza de noi proteine specifice şi plasarea lor în membrana postsinaptică, sau poate să scadă prin internalizare citoplasmatică şi liză enzimatică. Receptarea punctiformă, discretă, a neurotransmiţătorului este o necesitate imperioasă pentru funcţionarea corectă a interfeţei. Dacă receptarea s-ar face difuz, pe toată suprafaţa membranei postsinaptice, atunci cuantificarea la intrare ar fi dependentă, pentru o suprafaţă dată, numai de cantitatea de neuro-transmiţător eliberată (numărul cuantelor chimice). Or, tocmai această cantitate nu poate fi reglată cu precizie din cauza mecanismului de eliberare a neurotransmiţătorului. Eliberarea presupune trei faze corelate: a) atragerea electrostatică a veziculelor şi fixarea prin calciu la membrana presinpatică: b) reorganizarea fosfolipidelor şi deschiderea veziculelor spre fantă şi c) difuzia neurotransmiţătorului prin fantă (eliberarea propriu-zisă). Dintre acestea esenţială este aducerea veziculelor în contact cu membrana presinaptică, întrucât numai astfel ele pot elibera neurotransmiţătorul. Întrucât, la momentul depolarizării butonului terminal, poziţia veziculelor faţă de membrana presinaptică (distanţa lor faţă de aceasta) este întâmplătoare, ea fiind determinată de curenţii citoplasmatici şi de agitaţia termică, şansa cea mai mare de a elibera neurotransmiţătorul o au veziculele cele mai apropiate de membrană, acestea putând fi mai mult sau mai puţin numeroase, mai mari sau mai mici. Ca urmare, hazardul deţine o pondere importantă în determinarea cantităţii de neurotransmiţător eliberat. În aceste condiţii periculoasă ar fi orice eroare, dar, mai cu seamă, cea în sensul excesului de neurotransmiţător. Receptarea punctiformă, aşa cum este ea în realitate, evită deşi nu exclude, asemenea erori atât prin existenţa numărului critic de canale (receptor) – controlat la nivel elementar şi sistemic -, cât şi prin existenţa numărului maxim al acestora.

Fanta sinaptică determină, prin lărgimea ei, durata funcţionării interfeţelor. Dacă eliberarea şi receptarea neurotransmiţătorului sunt procese realizate cu un consum de timp cvasiconstant, durata difuziei lui de la o faţă la alta este dependentă exclusiv de lărgimea fantei. Evaluarea acesteia la o medie de aproximativ 250 A° este de natură să genereze impresia falsă că abaterile de la aceasta sunt simple şi exclusive consecinţe ale variabilităţii biologice. În realitate, însă, la asemenea unităţi de spaţiu şi timp, orice variaţie dobândeşte o valoare considerabilă. Raportând timpul necesar neurotransmiţătorului pentru a traversa fanta, evaluat – în medie – la 0,5-0,7 ms, la durata de 2 ms a potenţialului de acţiune, putem constata

99

că o reducere a lărgimii fantei cu numai 2,5 A° – reprezentând doar 1% din medie -, este în măsură să modifice profund consecinţa interferenţei pe soma neuronală a două potenţiale succesive, cel de-al doilea potenţial survenind acum în perioada refractară a celui dintâi, în loc de perioada de hiperexcitbilitate (postpotenţial pozitiv), cum s-ar fi întâmplat dacă lărgimea fantei ar fi rămas nemodificată. Din aceste motive modificările lărgimii fantei sinaptice, dovedite până acum numai în sensul reducerii ei, nu sunt întâmplătoare. S-a demonstrat experimental că lărgimea fantei se reduce dacă sinapsa este solicitată un timp mai lung, însă nu oricum, ci cu o anumită ritmicitate. O solicitare îndelungată la un ritm redus nu duce la acelaşi efect. Este posibil ca prin solicitarea la un anumit ritm a sinapsei, cel puţin o parte din membrana veziculelor care se deschid să fie integrată în membrana presinaptică, a cărei suprafaţă totală creşte ducând astfel la o apropiere de cea postsinaptică, deci la reducerea lărgimii fantei (fig. 46).

Fără a considera durata de timp în care aceasta se produce, îngustarea

fantei sinaptice poate merge până la totala ei dispariţie, membranele pre- şi postsinaptică intrând în contact nemijlocit, încât depolarizarea se va propaga direct de la una la alta, fără intervenţia neurotransmiţătorului. Aceasta este o sinapsă electrică prin care se asigură avantajul propagării undei de depolarizare fără nici o întârziere, avantaj plătit însă cu preţul pierderii funcţiei de diodă, depolarizarea putându-se propaga acum în ambele sensuri.

Interfeţele ieşire-intrare (sinapse), unitare prin modul de funcţionare, sunt foarte diferite prin modul de organizare şi calitatea neuro-transmiţătorului sau neuromodulatorului. Diversificarea lor este consecinţa de ordin adaptativ rezultată din relaţiile ce se stabilesc între formaţiunile

Fig. 46 Integrarea membranei

veziculare în membrana butonului şi reducerea, astfel,

a lărgimii fantei sinaptice

100

pre- şi postsinaptică. Interfeţele neuroneurale sunt mai variate decât cele neuroefectoare şi ele se pot clasifica în baza mai multor criterii: a) după calitatea membranei postsinaptice: sinapse axo-dendritice, axo-somatice, axo-axonice; b) după tipul intermediarului chimic: sinapse excitatoare, inhibitoare, modulatoare; c) după natura chimică a neurotransmiţătorului: sinapse adrenergice, colinergice, serotoninergice, gabaergice etc.; d) după lărgimea fantei sinaptice: sinapse cu întârziere mare, medie, mică sau fără întârziere la sinapsa electrică: e) după modul de inactivare a neuro-transmiţătorului: sinapse cu inactivare enzimatică – exemplu, acetil-colinesteraza, monoaminoxidaza – , sinapse cu inactivare metabolică – după internalizarea moleculei active. Interfeţele neuroefectoare sunt mai puţin variate, neurotransmiţătorul lor fiind întotdeauna de tip excitator, iar distanţa dintre membranele pre- şi postsinaptică este fie de valoare redusă, în cazul efectorilor somatici (m. scheletici), fie sporită, în cazul celor vegetativi (m. netezi, glande). Inactivarea neurotransmiţătorului se face mai mult enzimatic la efectorii somatici şi mai mult metabolic la cei vegetativi.

IV. 3. Canalul ionic ca sistem cu mai multe stări posibile Analogiile ce pot fi făcute între sistemele fizice şi cele biologice nu

trebuie să depăşească planul funcţional al neuronului deoarece modalităţile şi mijloacele din cele două domenii sunt, de cele mai multe ori, total diferite. Respectând această condiţie putem face o comparaţie între canalul ionic (de Na+-K+) şi circuitul bistabil, ambele sisteme putând admite (poziţia deschis) sau interzice (poziţia închis) curgerea unor curenţi (electronici în cazul circuitului bistabil şi ionici în cazul canalului). Însă, în timp ce un circuit bistabil are parametri de lucru predeterminaţi şi stabili, canalul ionic, cu toate mecanismele ce îl deservesc, şi-i reorganizează permanent, desigur, între limite valorice admisibile, prin intermediul celor două niveluri de integrare – elementar şi sistemic (vezi controlul polilor de intrare şi ieşire ai neuronului). Mai mult chiar, canalul ionic, spre deosebire de circuitul bistabil, nu este un sistem binar, ci unul analogic având o stare deschisă şi o mulţime de stări închise (grade diferite de fermitate a închiderii, determinate de nivelurile de stabilitate a complecşilor organometalici ai Ca2+ la gura externă a canalului). Dacă starea deschisă este unică, determinarea apariţiei ei este multiplă, ea fiind posibilă nu numai prin modalităţi diferite (fizice sau chimice), ci şi prin valori diferite ale aceleiaşi modalităţi (praguri). În fine, revenirea canalului la starea închisă, indiferent de gradul ei de fermitate, se face prin modalităţi şi mecanisme de cu totul altă natură decât cele ce

101

i-au determinat deschiderea. Din acest motiv şi constantele de timp ale închiderii şi deschiderii canalelor ionice sunt foarte diferite.

Dacă la toate acestea adăugăm şi faptul că densitatea canalelor ionice pe membrana neuronului este cu mult mai mare decât aceea a circuitelor bistabile pe elementele unitare ale unui computer vom putea argumenta, deşi nu complet, superioritatea sistemului cibernetic de tip biologic faţă de cel fizic.

IV.4. Plasticitatea sinapsei Sinapsele nu sunt formaţiuni statice, rigide, ci ele prezintă o mare

plasticitate care constă în capacitatea de a-şi modifica permanent planul funcţional, de a fi înlocuite şi de a spori sau reduce numeric atunci când circumstanţele o cer. Deşi plasticitatea sinapselor se manifestă mai pregnant în timpul dezvoltării organismului, ea este prezentă şi la adult ca o permanentă „primenire”, mai accentuată în anumite condiţii. După leziuni sinapsa este refăcută într-un interval de aproximativ 60 zile. Primenirea naturală la adult, nelezională, nu trebuie considerată doar ca un simplu proces de înlocuire a unor macromolecule vechi cu altele noi, ci, mai cu seamă, ca un proces de remodelare funcţională. Înlocuirea şi remodelarea naturale la adult se petrec în aproximativ 35-40 zile, prin aceste procese fiind asigurate atât ştergerea urmelor de uzură funcţională relativ rapidă a sinapsei, cât şi adecvarea permanentă a acesteia la solicitările mereu crescânde ale integrării însăşi. Sporirea complexităţii mediului ambiant şi îmbogăţirea experienţei individuale de viaţă duc la creşteri cu peste 10% a numărului de spini dendritici.

Există trei unghiuri sub care trebuie privită plasticitatea sinaptică: a) calitatea şi cantitatea emisiei de mesageri chimici: b) calitatea şi mărimea recepţiei mesagerilor şi c) lărgimea fantei sinaptice. După cum s-a arătat mai sus, plasticitatea secretorie a neuronului este accentuată el producând, de regulă, pe lângă mesagerul principal şi mulţi alţi secundari. De aseme-nea, neuronul îşi poate schimba chiar profilul secretor transformându-se din excitator în inhibitor. În privinţa receptorilor de la polul de intrare, plasticitatea se manifestă nu numai prin înmulţirea numărului lor, inclusiv prin creşterea totală a suprafeţei dendritice (formarea de noi spini), ci şi prin schimbarea calitativă a acestora prin care, în fapt, se răspunde plasticităţii secretorii a neuronului presinaptic. În fine, lărgimea fantei sinaptice se poate reduce ca urmare a solicitărilor repetate cu un anumit ritm şi pe o anumită durată a sinapsei.

102

V. ARCUL REFLEX CA SISTEM CIBERNETIC

Captarea, transmiterea, prelucrarea şi stocarea informaţiilor, precum

şi elaborarea, transmiterea comenzii şi controlul execuţiei acesteia sunt procese ce caracterizează funcţionarea arcului reflex ca sistem cibernetic destinat integrării. Totalitatea acestor procese, desfăşurate la nivelul arcului reflex, constituie ceea ce numim în mod curent – actul reflex.

Arcul reflex reprezintă unitatea de alcătuire şi structură a sistemului nervos întrucât la nivelul său se realizează, desigur, pe plan elementar, integrarea organismului. La rândul său, arcul reflex are ca unitate elementară neuronul, care, prin însuşirile sale, nu este în stare să realizeze integrarea, ci doar să o facă posibilă. Analizând procesualitatea actului reflex deducem că arcul reflex trebuie să cuprindă, în mod obligatoriu, următoarele elemente: o formaţiune specializată în captarea stimulului (receptorul), un canal purtător de informaţii (calea aferentă), un dispozitiv de prelucrare, de stocare a informaţiei şi de elaborare a comenzii (centrul nervos), un canal purtător de mesaje-comandă (cale eferentă), un executant al comenzii (efector) şi un dispozitiv de autocontrol format dintr-o componentă de sesizare a eroilor execuţiei (receptor de origine al retroinformării) şi un canal purtător de retroinformaţii cu privire la existenţa acestor erori (calea aferentaţiei inverse) (fig. 47).

Fig. 47 Arcul reflex ca sistem cibernetic (cu autoreglaj). R – receptor; CA – cale aferentă directă; CN – centru nervos; CE – cale eferentă; E – efector; CAI – cale aferentă inversă

103

Dacă una din aceste componente lipseşte integrarea nu este posibilă şi deci, în această situaţie, nu putem vorbi de un arc reflex. Făcând referire doar la componentele neuronale ale unui arc reflex constatăm că numărul acestora este de cel puţin patru (fig. 48): neuronul senzitiv primar care realizează atât captarea semnalului direct sau indirect, prin polul său de intrare, cât şi transmiterea informaţiei la centru, neuronul intercalar sau de asociaţie care asigură prelucrarea informaţiei, integrând-o altor informaţii, primite pe alte căi sau existente în stocul de memorie, neuronul efector care asigură elaborarea şi transmiterea comenzii spre efector şi neuronul senzitiv secundar care asigură retroinformarea sau informarea cu privire la apariţia erorilor în executarea comenzii.

Fig. 48 Componenţa neuronală minimă a unui arc reflex elementar.

R – receptor; NSI – neuron senzitiv primar; NS II – neuron senzitiv secundar; NA – neuron de asociaţie; NE – neuron efector; MS – măduva

spinării; E – efector Cum prezenţa celor patru tipuri de neuroni şi joncţionarea lor prin

interfeţe (ieşire-intrare) sunt condiţii elementare, obligatorii în realizarea actului reflex se poate afirma că arcul reflex nu poate fi niciodată monosinaptic, ci numai polisinaptic: minimum trei sinapse neuro-neuronale şi una neuroefectoare în cazul arcului reflex elementar.

Ceea ce se denumeşte, în mod curent, arc reflex monosinaptic este, în realitate, doar o parte a arcului reflex real (stimularea făcându-se direct asupra receptorului de origine a aferentaţiei inverse), iar ceea ce se obţine la

104

nivelul acestei părţi este ceva ceea ce am putea numi, cu o anumită îngăduinţă, o reacţie de tip reflex dar nu un act reflex.

V. 1. Ierarhia arcurilor reflexe Oricare arc reflex este organizat pe două niveluri: unul elementar,

care implică doar centrul proxim situat subcortical şi unul supraelementar, care implică şi un centru cortical, pe lângă alţi centri subiacenţi. Funcţionarea celor două niveluri ale aceluiaşi arc reflex este, desigur, unitară în cadrul organismului, deoarece nivelul al doilea este continuare a celui dintâi, ambele având aceeaşi finalitate – integrarea. În scop didactic însă, ele pot fi separate nu numai teoretic, ci şi practic, experimental.

V. 1.1. Arcul reflex elementar În general, organizarea acestuia respectă principiul teritorialităţii,

informaţiile culese la nivelul unui anumit câmp receptor fiind conduse la cel mai apropiat centru subcortical. Cum, de regulă, receptorii şi efectorii asociaţi lor se găsesc în apropiere, căile de conducere – aferentă şi retroaferentă –, care leagă receptorii şi efectorii de centru, se asociază într-o formaţiune unică numită nerv mixt (spinal sau cranian) care, spre periferie, se desparte în ramuri senzitive, respectiv efectorii. Dacă receptorii şi efectorii asociaţi sunt situaţi la distanţă unii de alţii atunci căile senzitive se asociază separat de cele efectorii formând doi nervi, unul senzitiv şi altul efector (doar la nervii cranieni).

Ceea ce caracterizează arcul reflex elementar este, pe de o parte, numărul redus de receptori cu care este conectat centrul subcortical şi, pe de altă parte, alcătuirea căii aferente din prelungirile unui singur neuron (cel senzitiv) şi a căii eferente din prelungirile unuia singur (neuronul motor somatic) sau, cel mult, a doi neuroni (efectori vegetativi). Din aceste motive actul reflex desfăşurat la nivel elementar va fi restrâns ca arie şi va implica un consum minim de timp (puţine întârzieri sinaptice). Din aceleaşi motive răspunsul dat de efectori va fi standardizat, reproductibil la aceeaşi parametri şi, prin aceasta, în mai mică măsură adecvat circumstanţelor ambientale în ansamblul lor. Arcul reflex elementar este un sistem cibernetic cu un singur nivel de decizie.

V. 1.1.1. Receptorul Este formaţiunea componentă a arcului reflex specializată în captarea

semnalelor privitoare la modificarea semnificativă a unui parametru fizico-chimic al mediului extern sau intern (exteroceptori şi interoceptori). Deşi

105

funcţionarea tuturor receptorilor are la bază excitabilitatea membranei celulelor componente, fiecare este specializat în captarea unei anumite categorii de stimuli.

V. 1.1.1.1. Geneza PA la nivelul receptorului Captarea semnalului la nivelul receptorului sau recepţia propriu-zisă

se realizează prin deschiderea numărului critic de canale şi generarea PA sub impactul variaţiei parametrului fizic sau chimic adecvat din mediul intern sau extern. Comparativ cu excitabilitatea neuronilor centrali aceea a formaţiunilor receptoare este mult mai redusă, chiar şi în cazul în care recepţia este realizată direct de dendritele neuronilor. Aceste diferenţe sunt graduale, dendritele neuronilor ce intră în alcătuirea zonelor reflexogene având o excitabilitate mai redusă decât aceea a neuronilor centrali, dar mult mai mare decât a neuronilor ce realizează recepţia directă a stimulilor din mediul extern (tactili, olfactivi, vizuali). Excitabilitatea mai redusă a formaţiunilor receptoare poate fi realizată atât prin modificarea naturii fosfolipidelor din matricea membranei şi a reactivităţii proteinelor acesteia (enzime, receptor, canal), cât şi – mai cu seamă – prin reducerea densităţii canalelor de NA+ - K+. Acest specific al excitabilităţii îşi pune amprenta asupra genezei potenţialului de acţiune, fără a influenţa desfăşurarea lui în restul fazelor (ascendentă şi descendentă pasive). Asupra genezei potenţialului de acţiune grevează, de asemenea, şi modul în care intervine stimulul asupra formaţiunii receptoare în condiţii naturale. Se ştie că una din condiţiile de bază ale deschiderii numărului critic de canale (geneza PA) este bruscheţea cu care intervine excitantul. Stimularea în condiţii naturale face ca această condiţie să fie îndeplinită în mică măsură şi în puţine cazuri. Un stimul olfactiv, de exemplu, nu intervine decât rareori cu bruscheţea necesară, difuzia particulelor vectoare prin aer, de la sursă la receptor, făcându-se progresiv după o curbă sigmoidă. Tot aşa un stimul gustativ, întrucât dizolvarea şi difuzia în salivă a moleculelor de substanţă sapidă nu sunt instantanee, ci progresive. O situaţie similară întâlnim şi la interoceptorii chemo-, termo-şi mecano-electrici întrucât toţi parametrii care îi stimulează nu se pot modifica cu bruscheţe. Datorită acestui mod în care acţionează stimulii în condiţii naturale deschiderea numărului critic de canale se va face şi ea cu un consum de timp relativ mare. Acest consum este sporit şi prin faptul că, datorită deschiderii progresive a canalelor, pompa de Na+ - K+, a cărei activitate este intensificată în consecinţă, reuşeşte să contracareze acţiunea stimulului reînchizând în acel interval de timp o parte din canale. Intensificarea pompei, în calitatea ei de mecanism homeostazic, duce, implicit, la creşterea pragului de detonare a

106

potenţialului de acţiune, deplasându-l spre valori mai puţin negative. Datorită acestor cauze geneza potenţialului de acţiune la nivelul receptorului este lentă, aşa cum o confirmă înregistrarea grafică (fig. 49), potenţialul de acţiune propriu-zis fiind precedat de un prepotenţial lung (a-b fig. 49), numit „potenţial de receptor”. Durata prepotenţialului, ca şi valoarea nivelului de explozie (punctul b, fig. 49), diferă de la o formaţiune receptoare la alta, ambele mărimi fiind mai scăzute la receptorii cu sensibilitate ridicată şi, la aceeaşi formaţiune, de la o stare fiziologică la alta.

Dacă sporirea progresivă a intensităţii stimulului nu atinge valoarea

necesară deschiderii numărului critic de canale (nivelul de explozie), inclusiv datorită intensificării activităţii pompei, prepotenţialul se stinge fără a genera un potenţial de acţiune (linia punctată în fig. 49), efectul lui în plan senzorial fiind nul întrucât pe canalul purtător (calea aferentă) nu pot pătrunde decât potenţiale de acţiune.

Nivelul de sensibilitate (excitabilitatea) a unei formaţiuni receptoare poate să se modifice în timp atât din cauze locale, elementare, cât şi prin intervenţia unora mai generale, cu origine sistemică. Există chiar posibilitatea realizării unui control nervos direct asupra formaţiunii receptoare la care pot veni axonii unor neuroni centrali care eliberează substanţe neuromodulatoare (exemplu: la celulele auditive), reglând în acest mod nivelul intrărilor în sistemul cibernetic neuronal (arcul reflex).

V. 1. 1. 1. 2. Organizarea funcţională a sistemelor receptoare În funcţie de natura şi nivelul de semnificaţie ale stimulilor specifici,

sistemele receptoare prezintă forme de organizare mai simple sau mai complexe. Organizarea cea mai complexă o întâlnim în acele cazuri în care stimulii, prin natura lor, nu sunt în măsură să determine prin acţiune directă

Fig. 49 Geneza potenţialului de acţiune la nivelul formaţiunii receptoare; PR – potenţial de repaus

107

deschiderea canalelor ionice. În asemenea situaţii se adaugă o serie de formaţiuni auxiliare capabile să mijlocească acţiunea stimulului şi/sau să îi asigure dobândirea semnificaţiei specifice. Este cazul sistemelor receptoare vizual, auditiv şi vestibular a căror complexitate sporită este determinată de imposibilitatea deschiderii canalelor ionice prin acţiunea directă, nemijlocită a fotonilor, vibraţiilor aerului, respectiv a acceleraţiei, inclusiv gravitaţionale. Pentru restul sistemelor de recepţie, la care deschiderea canalelor ionice este posibilă prin acţiunea directă a stimulului, gradul de complexitate anatomică este mult mai redus decât al celor enumerate. Cel mai elocvent exemplu în acest sens ne este oferit de receptorii proprii sistemului locomotor (proprioceptori)

Rolul primordial al acestora este de a asigura retroinformarea centrilor nervoşi, în primul rând, cu privire la modul în care comanda dată de ei a fost executată (autocontrol prin feed-back) şi, abia în al doilea rând şi implicit, cu privire la faptul dacă ea a fost sau nu executată. Răspunsul specific al organului muscular este contracţia. O retroinformare doar despre realizarea sau nerealizarea ei este lipsită de relevanţă pentru centrul nervos, întrucât acesta trebuie să asigure integrarea locomotorie în raport cu o finalitate dată: schimbarea raporturilor spaţiale faţă de un referenţial. Întrucât, pentru integrarea în acest plan funcţional nu realizarea contracţiei, ci consecinţele ei sunt esenţiale, sistemul de recepţie propriu organului muscular va fi specializat şi adecvat sesizării acestora. Contracţia musculară având, din acest unghi de privire, două consecinţe posibile: dezvoltarea forţei (fără mişcare) şi producerea mişcării (sub acţiunea forţei), receptorii proprii organului muscular vor fi specializaţi şi adecvaţi în aceste două direcţii: sesizarea mărimii forţei şi sesizarea vitezei mişcării, ambele categorii de receptori fiind de tip mecanoelectric. Pentru forţa dezvoltată de contracţie, care poate fi de valori diferite, după cum sunt acţionate câteva, mai multe sau toate unităţile motorii, formaţiunile receptoare specializate în această direcţie vor avea şi ele grade diferite de complexitate a organizării, de la terminaţiile nervoase libere (dendrite) şi corpusculii Vater-Pacini (cu un număr de învelişuri direct proporţional cu valoarea forţei) până la fusurile neurotendinoase Golgi. Receptorii specializaţi doar în direcţia sesizării mişcării şi a vitezei de realizare a acesteia – am numit fusurile neuromusculare (receptori kinestezici) – prezintă o organizare mult mai complexă decât a celor pentru forţă. Complexitatea sporită a fusului neuromuscular este determinată nu atât de modalitatea în sine de a recepta mişcarea, cât de faptul că acest receptor trebuie să retroinformeze centrul de comandă în primul rând despre modul de realizare a mişcării care poate fi continuu (cursiv) sau discontinuu (cu întreruperi pe parcurs), cu viteză mai mare sau mai mică.

108

V. 1.1.1.3. Specializarea receptorilor Se realizează atât prin modificări cantitativ-calitative la nivelul

membranei excitabile – interesând, mai cu seamă proteinele (receptor şi canale ionice) dar şi fosfolipidele, cât şi/sau adăugarea unor formaţiuni auxiliare, fie direct celulei receptoare (cili, conuri, bastonaşe), fie zonei vecine acesteia, constituind asambluri funcţionale (segment periferic) mai mult sau mai puţin complicate (cavităţi cu umori de densităţi diferite, membrane elastice, formaţiuni colagenice cu rol optic sau mecanic etc.). Prin aceste specializări celulele receptoare convertesc diversele tipuri energetice ale stimulilor într-o mărime electrică reprezentată de variaţiile, mai mult sau mai puţin rapide, ale voltajului membranar. Specializarea funcţională este cel mai obiectiv criteriu de clasificare a receptorilor: fotoelectrici, termoelectrici şi chemoelectrici. Activitatea receptorilor este bazată pe proprietatea membranei lor de a fi excitabilă într-un anumit grad. Ca urmare, activarea lor, se realizează prin deschiderea numărului de canale la impactul cu excitantul specific şi adecvat, direct sau indirect. O asemenea activare o numim specifică nu numai în baza existenţei specializării receptorului la sesizarea variaţiei anumitor factori din mediu – de natură şi valoare determinate -, ci şi în baza faptului că receptorul generează o anumită structurare a semnalelor electrice numai sub acţiunea stimulului specific şi adecvat. Această structură a grupajelor de semnale electrice este singura purtătoare de informaţii. Simpla deschidere a numărului critic de canale generează potenţiale de acţiune izolate lipsite de semnificaţie la nivelul centrilor nervoşi tocmai întrucât acestea nu sunt structurate într-o modalitate adecvată, nu sunt deci, codificate corespunzător unui anumit limbaj, constituit şi dezvoltat în timp. Mulţi alţi stimuli, în afara celor specifici şi adecvaţi, pot determina deschiderea numărului critic de canale la nivelul celulei receptoare, dar aceasta reprezintă o activare nespecifică, nulă din perspectivă informaţională, ea nefiind codificată (o lovitură la nivelul globului ocular generează senzaţii luminoase – „stele verzi”).

Mecanismele celulare ale recepţiei specifice sunt foarte puţin cunoscute. Ştim multe despre modul cum stimulul ajunge să determine, direct sau indirect, deschiderea numărului critic al canalelor de Na+ - K+, dar ştim extrem de puţine despre mecanismul intim prin care se realizează aceasta şi aproape nimic despre legităţile ce guvernează conversia în grupaje de semnale electrice cu structuri definite şi inteligibile (limbaj). Există, desigur, numeroase supoziţii fragmentare şi ipoteze mai

109

cuprinzătoare, dar nici unele nu au un suport obiectiv suficient de consolidat. Multe dintre acestea, dacă nu pot fi confirmate, nu pot fi, însă, nici infirmate. Din aceste motive, orice discuţie asupra acestor probleme trebuie să se păstreze la nivel de principiu. Este ceea ce şi facem în continuare.

A. Fotorecepţia Fotonii nu au capacitatea de a determina deschiderea canalelor ionice

prin acţiune directă întrucât, prin natura lor, ei nu pot să interfereze nemijlocit nici cu procesul complexării organometalice a Ca²+ la gura canalelor, nici cu factorii ce o fac posibilă. De aceea, singura soluţie optimă, reţinută şi dezvoltată în procesul evoluţiei, a constituit-o interpunerea unui proces de fotoliză a unei substanţe primare (AB) capabil să dea naştere unor substanţe secundare (A şi B) active în raport cu canalele (fig. 50A) pe care le deschid din interior (singurul caz printre receptori). Substanţele A şi B fie împreună, fie separat – una sau alta –, determină deschiderea canalelor ionice la nivelul membranei celulei receptoare, cu toate consecinţele ce decurg din aceasta. În acest mod devine posibilă nu numai decelarea prezenţei sau absenţei luminii, ci şi a variaţiilor intensităţii ei. Evoluţia ulterioară a mecanismului fotorecepţiei a mers în direcţia selectării din grupul substanţelor fotosensibile a acelora care manifestau sensibilitatea maximă la fotoliză pentru anumite lungimi de undă şi anume, pentru acelea din suprapunerea în timp a cărora în proporţii diferite puteau rezulta toate celelalte frecvenţe componente ale luminii albe. Aceste frecvenţe sunt cele ce corespund culorilor albastru, verde şi roşu numite, din acest motiv şi culori fundamentale.

Fig. 50Mecanismul

fotorecepţiei la nivelul conului (A) şi bastonaşului (B). AB – substanţă complexă cu fotosensibilitate redusă; A' B' – substanţă complexă cu fotosensibilitate sporită; A, B, A', B' – produşi de fotoliză capabili să determine, din interior, deschiderea canalelor ionice; C C – corpi celulari; ft – fotoni

110

Deşi asupra existenţei celor trei tipuri de substanţe selectiv fotosensibile nu mai există dubii – fotografia policromă reprezentând o dovadă în acest sens indirectă –, în ceea ce priveşte modul lor de distribuţie – discretă, fiecare într-o celulă – controversele nu sunt încă încheiate. Că distribuţia difuză este, cel puţin aparent, mai fiziologică o dovedeşte şi faptul că, mutând privirea de pe o suprafaţă colorată, spre exemplu, în roşu, pe una colorată în verde, cea de-a doua imagine ne apare, totuşi continuă.

Existenţa prezumtivă a celor trei tipuri de frecvenţe, ca şi posibilitatea obţinerii, prin suprapunerea lor în timp şi spaţiu, a oricărei alte frecvenţe, inclusiv a amestecului tuturor în obţinerea senzaţiei de lumină albă, pot reprezenta condiţiile necesare şi suficiente pentru înţelegerea discriminării nu numai a culorilor, dar şi a purităţii acestora (nuanţe), nu însă şi pentru elucidarea mecanismului de codificare a lor în baza structurării grupajelor de potenţiale de acţiune. Desigur, putem invoca o codificare de ordin superior la nivelul centrului cortical – ceea ce se practică în mod curent –, dar, în acest caz, se pune întrebarea: poate realiza centrul cortical singur o codificare conformă realităţii pe o altă bază decât aceea oferită de informaţiile culese de receptor, singurul aflat în contact cu realitatea, şi trimise ca grupaje structurate (modulate în perioadă) ale potenţialelor de acţiune?

Pentru variaţiile naturale ale intensităţii luminii se dezvoltă şi o a doua categorie neuronală care diferă de prima numai prin aceea că ea conţine o substanţă (A'B') cu o fotosensibilitate mult mai mare (fig. 50 B). Impactul acesteia cu un singur foton duce la fotoliză, motiv pentru care substanţa A'B' nu „percepe” frecvenţele fotonilor, ci numai prezenţa lor. Acesta este motivul pentru care bastonaşele nu disting culorile. Ele funcţionează într-o modalitate binară.

B. Termorecepţia Variaţiile termice pot influenţa starea canalelor ionice în cel puţin

două moduri: prin modificarea fluidităţii matricei fosfolipidice a membranei (termodependentă) şi prin influenţarea activităţii enzimatice (termodependentă).

Datorită creşterii temperaturii fosfolipidele membranare trec din textură compactă în textură afânată (fig. 51) şi, astfel, rigiditatea lor dielectrică scade.

Ca urmare, ionii H+ de la faţa externă vor putea migra direct printre macromoleculele fosfolipidice în spaţiul intracelular, atraşi fiind de electronegativitatea din această zonă.

111

Fig. 51

Mecanismul termorecepţiei Fosfolipidele cu textură compactă (TC) trec, prin creşterea temperaturii (Tº), la o textură afânată (TA), permiţând migrarea la interior a ionilor H+ şi, prin

aceasta, determinând deschiderea canalului Consecinţa este deschiderea canalelor ionice şi generarea

potenţialului de acţiune, atunci când numărul acestora a atins valoarea critică. În ceea ce priveşte influenţarea activităţii enzimatice, problema este ceva mai complexă şi, întrucâtva, contradictorie. Se ştie că activitatea enzimatică sporeşte, între anumite limite, odată cu creşterea temperaturii. În acest caz, prin creşterea temperaturii în limite convenabile excitabilitatea nu ar trebui să se modifice întrucât ea generează două efecte antagonice: sporirea fluidităţii fosfolipidelor, care duce la deschiderea canalelor ionice şi stimularea activităţii ATP-azei, care duce la închiderea acestora. Deşi ambele influenţe sunt realizabile, ele se petrec la valori diferite, variaţiile termice fiind mai uşor şi mai rapid reflectate de fluiditatea fosfolipidelor decât de activitatea enzimelor. Acest fenomen poate fi implicat, deşi nu este singurul responsabil, în realizarea „adaptării” receptorului termic: la contactul cu apa încălzită la o temperatură superioară celei corporale avem la început senzaţia de „fierbinte”, pentru ca, la scurt timp, aceasta să treacă într-o senzaţie de „cald”.

Termoreceptorii informează centrii nervoşi nu despre temperatura mediului, ci despre starea lui termică în raport cu aceea a corpului la acel moment. Dacă se introduc mâinile în două vase cu apă aflată la temperaturi diferite: pentru stânga 12ºC, pentru dreapta 40ºC, senzaţiile ce apar sunt de rece şi respectiv de cald. După câteva minute de submersie, timp în care senzaţiile se estompează (adaptare), se inversează poziţiile mâinilor: stânga la 40ºC şi dreapta la 12ºC. În acest moment, deşi temperatura în cele două vase nu s-a modificat, senzaţiile ce apar sunt de „foarte rece” şi, respectiv

112

de „fierbinte”. Posibilitatea ca la nivelul tegumentului, care vine în contact cu oscilaţii foarte mari ale temperaturii mediului, să existe formaţiuni termoreceptoare distincte pentru cel puţin două intervale de variaţii nu poate fi negată. Aceasta întrucât fosfolipidele au, în funcţie de tipul acizilor graşi ce le compun, valori caracteristice ale temperaturii de tranziţie de la starea compactă (fluiditate redusă) la cea afânată (fluiditate sporită). Astfel, creşterea temperaturii dincolo de punctul de tranziţie modifică prea puţin fluiditatea fiziologică eficientă a fosfolipidelor. Situaţia este similară, dar de sens invers, în cazul în care organismul pierde căldură. O dovadă în acest sens o poate constitui cazul animalelor hibernante la care, în perioadele de tranziţie de la sezonul cald la cel rece şi invers, fosfolipidele membranei sunt înlocuite cu altele (schimbarea acizilor graşi) a căror temperatură specifică de tranziţie se situează la o valoare adecvată fiziologic temperaturii sezonului care urmează. Încât, existenţa a cel puţin două categorii de receptori pentru sesizarea variaţiilor termice mari ale mediului extern are, pe lângă valoarea ei de modalitate adaptivă, o importanţă teoretică deosebită demonstrând că sistemul viu nu numai că se sustrage legităţilor fizico-chimice ale domeniului neviu, ci şi le integrează speculându-le consecinţele în folos propriu. De altfel, cazul analizat nu este singurul în organism, el fiind prezent la nivelul retinei, tegumentului, sistemului locomotor, etc. Şi lumina, a cărei intensitate variază în limite largi, impune cu necesitate existenţa a două tipuri de fotoreceptori: unii pentru receptarea intensităţilor reduse (celulele cu bastonaşe) şi alţii pentru receptarea intensităţilor sporite (celulele cu conuri). Şi în acest caz sistemul viu exploatează în folos propriu legea fizico-chimică a dependenţei sensibilităţii la lumină de structura chimică a substanţelor fotosensibile.

C. Mecanorecepţia Câtă vreme în toate cazurile mecanismul recepţiei este bazat pe

deschiderea canalelor ionice şi generarea de grupaje structurate de potenţiale de acţiune modulate în perioadă, este corect să admitem că stimulii mecanici realizează această deschidere prin deformarea membranei celulei receptoare pe porţiuni mai mult sau mai puţin extinse. Asemenea deformări pot duce la, cel puţin, două categorii de consecinţe, de regulă concomitente şi cu finalitatea comună: a) modificarea raporturilor spaţiale dintre macromoleculele fosfolipidice sau/şi dintre acestea şi proteinele intrinseci generând spaţii prin care ionii H+ migrează la interior şi b) deformarea canalului prin îngustarea sau lărgirea gurii sale externe, ceea ce duce la tensionarea mecanică până la rupere a legăturilor dintre Ca²+ şi liganzii proteici.

113

Deformarea membranei celulei receptoare poate fi produsă de stimulul mecanic fie direct – când forţa se aplică acesteia, desigur, prin preluarea ei de către ţesuturile şi lichidele interpuse –, fie indirect când forţa se aplică cililor celulei şi deformarea are loc ca urmare a mişcării acestora. Primul caz îl întâlnim la nivelul tegumentului (receptori tactili şi de presiune), al sistemului locomotor (proprioreceptori), al organelor cavitare (preso şi voloreceptori) iar al doilea la nivelul urechii interne (celulele receptoare din organul lui Corti, crestele ampulare şi maculele senzitive). Un caz aparte, dar similar acţiunii prin intermediul cililor, este acela al firului de păr de pe zonele pubescente ale tegumentului, prin mişcarea căruia se produc deformări mecanice ale membranei dendritelor aflate la baza lui.

La nivelul tegumentului şi sistemului locomotor, dată fiind variaţia mare a stimulilor mecanici, nu numai sub aspectul intensităţii, ci şi sub acela al modului de aplicare (sporadic, ritmic sau prelungit), întâlnim acelaşi fenomen de diversificare a formaţiunilor mecanoreceptoare în raport cu anumite intervale valorice ale intensităţii stimulilor, precum şi cu modalităţile lor specifice de acţiune. Pe această bază se explică diversitatea relativ mare de organizare a mecanoreceptorilor tegumentari şi pro-priceptivi. Mecanoreceptorii orientaţi spre mediul intern din pereţii organelor cavitare sunt mai unitari din acest punct de vedere, ei nefiind supuşi unor variaţii atât de mari ale stimulilor specifici, aşa cum sunt supuşi cei exteroceptivi; diferenţele mici de intensitate a stimulilor de la o zonă la alta determină, totuşi şi aici o anumită diversificare, dar numai în ceea ce priveşte excitabilitatea membranei. În grupul mecanoreceptorilor orientaţi spre mediul extern, terminaţiile nervoase libere sunt cele mai sensibile formaţiuni nu atât din cauza unei excitabilităţi mai ridicate decât a altora, cât pentru faptul că ele sunt lipsite de învelişuri adiacente. În cazul celor încapsulate (corpusculii Meisner, Vater-Pacini), pentru a produce deforma-rea membranei dendritice stimulul mecanic trebuie mai întâi să deformeze suficient învelişul acesteia („grilajul” de colagen al corpusculului Meisner, respectiv membranele succesive, separate de lichid de disipare a forţei, pentru corpusculii Vater-Pacini).

D. Chemorecepţia Mecanismul recepţiei chimice, cel mai greu de înţeles, constituie o

problemă asupra căreia s-au emis numeroase ipoteze. Nu ne vom opri asupra nici uneia dintre ele, ci vom enumera modalităţile teoretic posibile, prin care substanţele chimice, atât de diverse, pot determina deschiderea canalelor ionice şi generarea potenţialelor de acţiune. O parte dintre acestea sunt deja cunoscute, aşa încât le vom enumera doar.

114

Principial vorbind, aceste modalităţi se pot grupa în două categorii după cum acţiunea stimulului chimic se exercită asupra unei molecule cu rol de receptor membranar specializat, sau asupra matricei membranare. Nu poate fi exclusă coexistenţa celor două modalităţi la nivelul membranei aceleaşi celule receptoare, mai cu seamă dacă ţinem cont de faptul că, pe lângă o modalitate de activare specifică, receptorul poate suporta şi una nespecifică. Modalitatea de acţiune prin intermediul unor substanţe specializate în acest sens ar determina o îngustare drastică a formaţiunii receptoare care, astfel, nu ar mai fi capabilă să recepteze decât acei stimuli chimici pentru care deţine situsuri adecvate. O asemenea modalitate ar putea fi admisă doar în cazul chemoreceptorilor spre mediul intern, la nivelul căruia homeostazia asigură o constanţă chimică nu numai cantitativă (concentraţie), ci şi calitativă (compoziţie). Pentru cei exteroceptivi, aşa cum este celula olfactivă, modalitatea difuză (sau combinată cu cea discretă) ar asigura organismului posibilităţi mai largi de exploatare chimică a mediului extern, cu consecinţe benefice în planul integrării. Larga deschidere spre mediu a receptorului olfactiv este probată nu numai de cele câteva mii de mirosuri cunoscute de om, ci şi de faptul că el poate sesiza mirosurile noi ale unor substanţe de sinteză, neexistente în condiţii naturale. Această constatare nu-şi pierde valoarea de argument în sprijinul celor de mai sus dacă vom admite că mirosul nou al unei substanţe de sinteză a rezultat prin amestecul unor mirosuri naturale elementare, întrucât şi în acest caz se pune, totuşi problema codificării acestui amestec la nivelul receptorului.

În modalitatea difuză de acţiune pot fi implicate interferenţele posibile ale substanţei chimice stimulatoare cu ionii H+, pe care îi pot neutraliza sau disloca, cu fosfolipidele, cărora le pot determina tranziţia la starea afânată, cu enzimele membranare, modificându-le nivelul de activitate, cu ionii Ca²+ pe care îi pot lega în complecşi organometalici mai stabili, cu proteinele-canal, cărora le pot masca punctele de ligandare sau cu zonele de legătură hidrofobă dintre proteinele-canal şi fosfolipide, determinând translarea canalelor în întregime şi, astfel, modificarea densităţii lor pe zone restrânse ale membranei.

Numeroase observaţii au condus la concluzia că diversele substanţe chimice stimulatoare necesită intervale de timp diferite pentru a determina deschiderea numărului critic de canale. Acest interval poate fi numit latenţă, având semnificaţia timpului scurs între momentul impactului şi acela al deschiderii numărului critic de canale. Latenţa măsoară deci, durata prepotenţialului sau a aşa-numitului potenţial de receptor. De regulă se ia ca exemplu chemorecepţia gustativă. La nivelul cavităţii bucale mugurii

115

gustativi (ansambluri de celule receptoare) sunt dispuşi pe papile de două categorii: proeminente la suprafaţa mucoasei (fungiforme) şi inclavate în mucoasă (caliciforme) sau între pliuri ale acesteia (foliate). Această dispoziţie reflectă existenţa unei latenţe mici pentru mugurii situaţi pe papilele proeminente, contactul cu substanţa sapidă limitându-se la timpul de masticaţie după care substanţa este antrenată de deglutiţie odată cu saliva şi a unei latenţe mari pentru cei dispuşi pe papilele inclavate, substanţa sapidă continuând să acţioneze un timp şi după deglutiţie (saliva din asemenea adâncituri este antrenată mai greu de deglutiţie). Explicaţia este plauzibilă dar nu şi singura posibilă. Substanţele cu gust amar, receptate de mugurii inclavaţi sunt, în general, mai puţin frecvente în alimente şi, atunci când ele există, concentraţia lor este foarte redusă. Din această perspectivă am putea interpreta latenţa mai mare a receptorilor pentru gustul amar ca o consecinţă a concentraţiei reduse a substanţelor care îl generează (între intensitatea excitantului şi durata minimă de acţiune există o relaţie de inversă proporţionalitate).

V. 1.1.1.4. Adecvarea receptorilor În afara specializării funcţionale în raport cu natura energetică a

stimulilor, receptorii prezintă şi o adecvare funcţională în raport cu importanţa sau nivelul de semnificaţie biologică. În fapt, adecvarea funcţională vizează gradul de sensibilitate sau acuitatea receptorului. Importanţa sau nivelul de semnificaţie biologică a unui stimul nu ţine, însă, de natura sa energetică – fizică sau chimică –, ci de toleranţa sistemului viu faţă de mărimea variaţiei parametrului fizico – chimic ce deţine valoarea de stimul. Încât, pentru variaţiile faţă de care toleranţa organismului este redusă, sensibilitatea sau acuitatea receptorului specific trebuie să fie mare. Pentru exemplificare, să considerăm receptorii analizatorilor gustativ şi olfactiv. Prin specializarea lor funcţională ei aparţin aceleiaşi categorii fiind receptori chemoelectrici, dar prin adecvare funcţională ei aparţin unor categorii diferite: cei olfactivi categoriei cu acuitate medie, iar cei gustativi celei cu acuitate redusă. La fel se pune problema şi în cazul receptorilor cu alte specializări: conurile (cu sensibilitate mică) şi bastonaşele (cu sensibilitate mare) la fotoreceptori, terminaţiile nervoase libere (sensibilitatea mare) şi corpusculii Vater-Pacini (cu sensibilitatea redusă) la mecanoreceptori.

Tot în cadrul adecvării funcţionale se include şi capacitatea receptorului de a-şi reduce sensibilitatea faţă de stimulii cu acţiune prelungită în timp (semnificaţie redusă prin iterare), fără modificarea intensităţii acestora (fenomen numit obişnuire sau adaptare). Deşi o

116

clasificare a receptorilor în baza acestui criteriu este posibilă, nu insistăm asupra ei fiind extrem de relativă. Subliniem, totuşi, faptul că marea majoritate a chemoreceptorilor din zonele reflexogene (interoceptori), a căror contribuţie la menţinerea homeostaziei mediului intern este esenţială, sunt receptori ce nu prezintă fenomenul de obişnuire (adaptare).

V. 1.1.2. Calea aferentă a arcului reflex elementar Grupajele potenţialelor de acţiune, structurate la nivelul receptorului,

sunt preluate de calea de conducere aferentă, şi transmise la un centru proxim situat în segmentele subcorticale (medulare sau tronculare). Anatomic calea aferentă este segmentul arcului reflex interpus între receptor şi proximul centru nervos. Calea de conducere începe cu dendrita neuronului senzitiv care contactează celula receptoare, sau formează ea însăşi receptorul, şi se continuă până la corpul celular, situat în toate cazurile în afara axului cerebrospinal, de unde se continuă cu axonul acestuia până la proximul centru nervos, unde face sinapsă cu neuronul de asociaţie (intercalar).

Particularitatea funcţională esenţială a căii de conducere este fidelitatea propagării. Dacă grupajele preluate de la receptor ar suferi modificări la nivelul căii de conducere, atunci ar apărea distorsiuni şi comenzile date de centru ar fi incorecte întrucât ar rezulta din prelucrarea unor informaţii falsificate. Din acest motiv calea de conducere nu poate primi sinapse în lungul ei, sau influenţe de altă natură nici la nivelul corpului celular, nici la nivelul prelungirilor sale. Acesta poate fi unul dintre motivele ce determină poziţia extranervaxială a corpului celular al neuronului senzitiv (dar nu şi singurul). Faptul că pe membrana extrasinaptică a butonului axonal pot descărca anumite sinapse nu contravine afirmaţiei anterioare deoarece aceasta nu descarcă neurotransmiţători excitatori capabili de distorsiuni, ci fie neuromodulatori – care nu modifică structura grupajelor de potenţiale –, fie neurotransmiţători inhibitori – care blochează trecerea acestora prin sinapsă.

V. 1.1.3. Centrul nervos al arcului reflex elementar Acesta reprezintă „dispozitivul” de prelucrare, stocare a informaţiei şi

elaborare a comenzii. Pentru arcul reflex elementar (subcortical) centrul este reprezentat de neuronii de asociaţie şi de corpii celulari ai neuronilor efectori. Spunând aceasta comitem, după cum bine s-a intuit, o eroare, dar aceasta nu este întâmplătoare, ci deliberată. Acest centru, deşi elementar,

117

are o organizare mult mai complexă. La nivelul neuronului de asociaţie nu descarcă doar sinapsa cu axonul neuronului senzitiv al arcului reflex considerat, ci numeroase alte sinapse provenind, direct sau indirect (prin mijlocirea altor neuroni asociativi), de la alte arcuri reflexe vecine, mai mult sau mai puţin apropiate, dar corelate funcţional cu cel dintâi. Încât, neuronul de asociaţie nu are numai rolul de a stabili legătura între cel senzitiv şi cel efector. Reducându-l doar la aceasta, existenţa însăşi a neuronului de asociaţie îşi pierde orice justificare, legătura directă dintre ceilalţi doi neuroni fiind mult mai simplă şi mai puţin costisitoare pentru organism. În realitate, rolul principal al neuronului de asociaţie este acela de prim integrator pentru informaţiile ce vin la el prin mai multe sinapse, inclusiv cea de la neuronul senzitiv al arcului reflex pe care îl analizăm (vezi codificarea la nivelul somei neuronale). Situaţia este similară şi pentru corpul celular al neuronului efector care, de asemenea, primeşte mai multe sinapse, pe lângă cea de la neuronul de asociaţie. Rolul lui, în cadrul centrului arcului reflex considerat, este dublu: de ultim integrator pentru toate semnalele primite şi, pe această bază, de generator al comenzii finale.

Se foloseşte adesea termenul de „sumator” pentru corpul celular al neuronului. Deşi utilizarea lui nu este greşită, întrucât la acest nivel au loc şi procese de sumare, totuşi, considerăm mai potrivită folosirea termenului de „integrator” întrucât aici au loc şi alte tipuri de interferenţe între potenţiale, cum sunt facilitarea, prin creşterea prealabilă a excitabilităţii zonale şi ocluzia, prin blocarea unei direcţii de propagare fie datorită perioadei refractare, când canalele sunt încă deschise, fie datorită intervenţiei neurotransmiţătorului inhibitor, când canalele sunt blocate în poziţia închis.

V. 1.1.4. Calea eferentă a arcului reflex elementar În ordine funcţională, calea eferentă are aceleaşi caracteristici cu cea

aferentă, fidelitatea propagării fiind şi aici esenţială. Anatomic, calea eferentă este reprezentată de segmentul arcului reflex cuprins între centrul nervos elementar (subcortical) şi efector.

În cazul în care calea eferentă merge la un efector (muşchi scheletic) ea este formată de axonul neuronului somatomotor (alfa, beta sau gama) al cărui corp celular intră în alcătuirea unui „centru” motor somatic subcortical. Ajuns la nivelul organului efector axonul dă naştere la scurte ramificaţii terminate în butoni, al căror număr este adecvat tipului de activitate musculară, fiind cuprins între 3-15 pentru muşchi de precizie (exemplu muşchii extrinseci ai globului ocular) şi aproximativ 500 pentru muşchii de forţă (exemplu muşchiul marele fesier). Fiecare terminaţie butonală formează o sinapsă nauroefectoare (placă motorie) cu o fibră

118

musculară. La nivelul acestei sinapse există enzimă de inactivare a neurotransmiţătorului (acetilcolinesteraza). Neuronul somatomor, împreună cu ramificaţiile sale şi cu fibrele musculare la care acestea se distribuie, formează o unitate motorie terminală.

În cazul în care calea eferentă se adresează efectorilor vegetativi (muşchi netezi, ţesut nodal şi glande) ea este formată de doi axoni: cel al neuronului efector al cărui corp celular se află în unul din „centrii” vegetativi subcortical din axul cerebrospinal şi cel al neuronului efector propriu-zis al cărui corp celular se află la nivelul unei formaţiuni ganglionare extranevraxiale situată pe traiectul căii. Axonul celui de-al doilea neuron se ramifică şi el la nivelul efectorului vegetativ dând naştere la terminaţii butonale dar, spre deosebire de calea eferentă somatică, butonii terminali nu formează sinapse autentice cu celulele efectoare, ci mai degrabă un fel de „joncţiuni lejere”. Fiecare buton terminal eliberează de la distanţă neurotransmiţătorul care ajunge lent şi progresiv la nivelul mai multor celule efectoare. Acţiunea prelungită în timp a neurotransmiţătorului este posibilă deoarece, la acest nivel, lipsesc enzimele de inactivare sau activitatea lor este redusă.

Complexitatea căii eferente a arcului reflex vegetativ îşi găseşte justificarea în însuşi specificul funcţional al efectorilor din această categorie. În vreme ce efectorul somatic (muşchiul scheletic) trebuie să răspundă prin contracţie rapid şi strict localizat (pe unităţi motorii terminale), efectorii vegetativi trebuie să dea răspunsuri contractile sau secretorii lente şi generalizate pe zone mai mult sau mai puţin extinse. Pentru ca acestea să se poată realiza este necesar ca neurotransmiţătorul să se elibereze lent, progresiv şi nu cuantificat. Aceasta se asigură prin viteza de propagare redusă, motiv pentru care axonul celui de-al doilea neuron al căii este nemielinizat. În acelaşi timp, existenţa unui al doilea neuron pe calea eferentă vegetativă face posibilă sinteza şi eliberarea unui alt neurotransmiţător (adrenalina) pentru antrenarea efectorului decât cel din sinapsele de pe restul căii (acetilcolina), în cazul fibrelor simpatice.

V. 1.1.5. Efectorul Existenţa relaţiei de directă proporţionalitate între intensitatea

stimulului aplicat la receptor şi mărimea răspunsului obţinut la nivelul efectorului generează, adesea, părerea greşită potrivit căreia la nivelul arcului reflex ar avea loc o dublă conversie energetică: la receptor – transformarea energiei fizice sau chimice a stimulului în energie electrică (a potenţialelor de acţiune), respectiv la efector – a energiei electrice a potenţialelor de acţiune în energie mecanică (pentru efectori musculari) sau

119

chimică (pentru efectori secretori). O simplă privire, chiar şi neavizată, poate pune în evidenţă decalajul dintre imensa energie mecanică dezvoltată de contracţia unui muşchi scheletic, de exemplu şi infima cantitate de energie electrică dezvoltată de potenţialele de acţiune ce o determină. Nici una dintre interferenţele arcului reflex nu realizează conversia energiei dintr-o formă în alta, ci asigură doar declanşarea unor procese ce duc la actualizarea unei anumite forme de energie potenţială preexistentă la acel nivel. În cazul receptorului stimulul determină, prin valoarea lui, doar deschiderea numărului critic de canale, restul evenimentelor depinzând de valoarea energiei potenţiale a gradienţilor electrochimici realizaţi în fazele anterioare prin activitatea pompei de Na+ - K+. În acelaşi mod, la nivelul efectorilor muscular sau secretor depolarizarea membranei se însoţeşte şi de o creştere a concentraţiei ionilor Ca2+ în spaţiul citoplasmatic care fie activează o ATP – ază specifică (miozina) ce duce la eliberarea energiei chimice din stocuri preexistente (ATP), energie ce va fi convertită în lucru mecanic, fie asigură eliminarea prin exocitoză a produsului de secreţie în spaţiul extracelular (la glande). Dar nici mărimea contracţiei musculare, nici cantitatea de produs chimic eliberat nu sunt determinate în mod direct de factorii declanşatori, ci de valoarea metabolismului din fazele precedente în care s-a realizat o anumită rezervă de ATP, respectiv un anumit stoc de produs de sinteză. La nivelul efectorilor proporţionalitatea directă dintre valoarea semnalului electric (grupajele de potenţiale de acţiune) şi mărimea răspunsului este asigurată prin intermediul duratei depolarizării care determină valoarea creşterii concentraţiei de Ca2+ , esenţial atât pentru contracţie, cât şi pentru exocitoză. La aceste niveluri, corelaţia valorică este una mediată, nu directă.

Procesele declanşate de comenzile aduse pe calea eferentă sunt specifice tipului funcţional al efectorului: contracţia sau eliberarea produsului de sinteză. În ambele tipuri de procese cuplarea evenimentului electric de membrană cu cel mecanic sau secretor este realizată de ionul Ca2+. La efectorii musculari depolarizarea sarcolemiei determină creşterea Ca2+ sarcoplasmatic fie prin influx din exterior (la fibrele musculare netede), fie prin eliberarea din stocurile interne (la fibrele musculare striate). Creşterea concentraţiei Ca2+ cu aproximativ un ordin de mărime (de la 10-7 M la 10-6 M) activează o ATP-ază specifică (miozina) ce va duce la eliberarea energiei chimice necesară contracţiei.

Dacă mecanismul cuplării electromecanice este comun celor trei tipuri de fibre musculare – scheletică, miocardică şi netedă, modul lor de joncţionare cu butonii terminali ai căii aferente este diferit. În timp ce la musculatura scheletică fiecare buton axonal joncţionează cu o fibră

120

musculară formând o sinapsă, la musculatura netedă fiecare buton terminal al axonului nemielinizat (postganglionar) deserveşte un grup de fibre, cu care nu formează o sinapsă propriu-zisă, ci o joncţiune neuromusculară lejeră. La miocard, care trebuie să se contracte succesiv în atrii şi ventricule, pentru a asigura sensul unic al circulaţiei sanguine, butonii terminali ai axonilor amielinici (simpatici şi parasimpatici) nu stabilesc relaţii directe cu fibrele contractile, ci mijlocite de formaţiunile nodale cu care formează joncţiuni specifice.

Sinapsa neuromusculară reflectă, prin modul de organizare funcţională, specificul fiziologic al efectorului. Astfel, la musculatura striată de tip scheletic, întrucât eficienţa scurtării este mai mare dacă fibrele ce compun organul muscular se contractă cu viteze diferite, în cadrul aceluiaşi muşchi există fibre rapide şi fibre lente, ponderea lor fiind diferită de la un organ la altul. Viteza de contracţie a unei fibre scheletice este direct dependentă de viteza cu care potenţialul de acţiune se propagă de la placa motorie pe restul sarcolemei. La rândul ei, viteza de propagare este dependentă, tot direct, de valoarea căderii de potenţial dintre porţiunea postsinaptică depolarizată (placa motorie) şi restul sarcolemei aflată încă în repaus. Pentru a asigura o cădere de potenţial sporită formaţiunea postsinaptică va fi puternic pliată formând o suprafaţă mare la fibrele cu viteză mare de contracţie şi netedă, realizând o suprafaţă redusă, la cele cu viteză mică (fig. 52 A şi B), deşi dimensiunile sinapsei sunt egale.

Întrucât specificul activităţii musculaturii scheletici impune nu numai

o viteză mare de intrare în acţiune a fibrelor, ci şi o revenire rapidă la starea

Fig. 52 (A, B)Sinapsa neuromusculară la o fibră musculară scheletică rapidă (A) şi la una lentă (B). S1,2 – suprafeţele membranelor postsinaptice; d – diametrul sinapsei

121

de repaus, la nivelul sinapselor neuroefectorii de acest tip operează un sistem enzimatic (acetilcolinesteraza) capabil să anuleze rapid activitatea neurotransmiţătorului (acetilcolina). La formaţiunile neuro-efectorii vegetative, unde acţiunea declanşată trebuie să fie prelungită în timp, acest sistem enzimatic lipseşte. În plus, prelungirea acţiunii contractile, ca şi progresiva ei dezvoltare, sunt asigurate şi de distanţa mare dintre butonul terminal al axonului amielinic şi elementele efectorii, contractile sau secretorii, pe care neurotransmiţătorul trebuie să o străbată.

V. 1.1.6. Calea aferentă inversă a arcului reflex Din cauza mulţimii factorilor ce pot influenţa procesul de declanşare

a răspunsului pot apărea discordanţe între intensitatea stimulului şi mărimea răspunsului contractil sau secretor. Din acest motiv se impune cu necesitate intervenţia corectoare a centrului. Pentru aceasta este, însă, necesar ca centrul să fie permanent informat asupra modului de execuţie a comenzii.

Fără un control riguros asupra modului şi calităţii executării comenzii, actul reflex ar reprezenta doar un proces cu reglaj, nu însă şi unul cu autoreglaj, aşa cum pretinde organismul. Pentru realizarea controlului sunt necesare două formaţiuni: a) un receptor specializat în sesizarea cel puţin a unuia din efectele produse prin executarea comenzii şi b) o cale de conducere interpusă între acest receptor şi centrul de comandă, reprezentând aferentaţia în sens invers.

Aferentaţia inversă poate fi realizată fie prin intermediul unei căi de conducere special constituită, numită şi cale retroaferentă, fie prin intermediul căii aferente directe care astfel îndeplineşte, în momente diferite, ambele roluri, informând centrul atât despre apariţia variaţiei unui factor de mediu, cât şi despre eficienţa efectorului în direcţia corectării ei. Cele mai multe arcuri reflexe au căi retroaferente special constituite, cu receptori proprii care sunt dispuşi în locuri strategice şi anume, acolo unde consecinţele activităţii efectorului sunt maxime. Astfel, în cazul efectorilor musculari (somatici şi vegetativi) receptorii retroaferentaţiei, alţii decât cei ai aferentaţiei directe, sunt dispuşi chiar în interiorul organelor respective, aici manifestându-se la maxim consecinţele contracţiei. În cazul unui efector secretor, aşa cum este, de exemplu, pancreasul exocrin, receptorii retroaferentaţiei nu se mai dispun la nivelul glandei efectoare, ci la nivelul intestinului întrucât aici se exercită acţiunea sucului pancreatic. Pentru centrul nervos implicat în controlul pancreasului cantitatea în sine a unei enzime eliberate (proteo-, lipo- sau glicolitică) nu are nici o relevanţă, importantă fiind doar adecvarea calitativ-cantitativă a acesteia la conţinutul intestinal în care pot fi mai multe sau mai puţine protide, lipide, respectiv

122

glucide. În acest caz receptorul intestinal (chemoreceptorul) şi calea de conducere spre centru asigură atât aferenţa (directă), cât şi retroaferenţa. Aferentaţia directă de la nivelul intestinului informează centrul nervos cu privire la calitatea şi cantitatea substanţelor nutritive (proteine, lipide, glucide) venite aici din compartimentul gastric, informaţii în baza cărora elaborează comanda spre pancreasul exocrin ca organ efector. Retroaferen-taţia, realizată prin acelaşi receptor şi aceeaşi cale ca şi cea directă, informează centrul despre modul cum se modifică în timp substanţele nutritive sub acţiunea enzimelor pancreatice, informaţii în baza cărora se asigură corectarea efectorului secretor.

Calea retroaferentă a fost considerată aici doar ca o componentă a arcului reflex elementar al cărui centru este situat subcortical. Unul şi acelaşi act reflex realizat în contextul general al organismului devine mult mai complex şi mai eficient, în primul rând, prin creşterea numărului de căi retroaferente. Astfel, activitatea unui lanţ de muşchi scheletici este controlată de „centrii” (inclusiv şi mai cu seamă corticali) nu numai prin căile retroaferente specifice cu originea în proprioceptorii osteo-musculari şi articulari, ci şi prin altele, cu specific diferit, cum ar fi cele cu originea în receptorii vizuali, tegumentari, vestibulari şi auditivi prin intermediul cărora centrii corticali evaluează şi corectează activitatea efectorilor într-un context mult mai larg.

V. 1.2. Arcul reflex supraelementar Schema de principiu a organizării arcului reflex supraelementar este

identică cu aceea a arcului elementar, deosebirile fiind legate de complexitatea sporită a căilor de conducere şi a centrului. Fiind vorba nu de un alt arc reflex, ci de un alt nivel, superior, de organizare al aceluiaşi arc reflex, acest ansamblu funcţional trebuie considerat ca o prelungire şi o dezvoltare a nivelului elementar (fig. 53).

De la centrul proxim, elementar, aflat în relaţia directă cu receptorul, se continuă o cale ascendentă cu valoare de aferenţă până la nivelul cortexului cerebral. Această cale poate avea pe parcursul ei una sau mai multe staţii sinaptice la nivelul cărora se stabilesc relaţii cu alte arcuri reflexe elementare şi supraelementare. De la nivelul centrului cortical, unde au loc prelucrarea şi stocarea informaţiilor precum şi elaborarea comenzilor, coboară calea descendentă, cu valoare de eferenţă, până la nivelul centrului elementar, aflat în relaţie directă cu efectorul.

123

Această cale poate să fie neîntreruptă, sau poate avea una sau mai

multe staţii sinaptice pe traseul ei, cu acelaşi rol ca şi la ascendentă. V. 1.2.1. Calea aferentă a arcului supraelementar Ea este formată de calea aferentă a arcului elementar

(extranevraxială) şi de calea ascendentă corticală (intranevraxială), interpu-nându-se între receptor şi scoarţă. Faptul că pe traseul ei se interpun unul sau mai mulţi centri subcorticali nu schimbă calitatea (semnificaţia) semnalelor generate de receptor. Altfel, centrul cortical ar primi semnale distorsionate, neconforme cu realitatea. Staţiile sinaptice de pe parcursul ei nu au decât rolul de a asigura joncţiunea cu alte arcuri reflexe elementare sau supraelementare. Este greşită opinia, potrivit căreia, calea ascendentă ar informa centrul cortical despre activitatea centrilor subiacenţi. Asupra acesteia centrul cortical este informat pe căi ale aferenţei inverse (feed-back). Orice intervenţie în planul calităţii informaţiei pe parcursul căii de conducere (la nivelul staţiilor) ar avea darul să introducă distorsiuni şi, implicit, erori în comandă. Orice intervenţie a staţiilor sinaptice de pe parcursul căii de conducere ţine de sfera patologiei. În asemenea condiţii, nu prelucrarea corticală este aberantă, ci alimentarea cu informaţii (aberante). Aşa se explică faptul real că electroencefalograma, care caracterizează activitatea corticală în primul rând, poate apărea normală la unii bolnavi psihic. Pe traseul ei calea aferentă a arcului reflex supraelementar, face o primă staţie sinaptică la nivelul centrului elementar, o ultimă staţie la nivelul centrului cortical (supraelementar) şi una sau mai multe staţii intermediare situate la diverse niveluri ale axului cerebrospinal.

Fig. 53 Schema arcului reflex supraelementar (cortical). R – receptor; CAF – cale aferentă; CA – cale ascendentă; CC – centru cortical; CD – cale descendentă; CEF – cale eferentă; CSC – centru subcortical; E – efector

124

Cu excepţia celei cu originea la nivelul receptorului olfactiv, toate căile aferente corticale, provenind de la intero- şi exteroceptori, fac o staţie sinaptică intermediară la nivelul regiunii talamice, înainte de a se proiecta pe scoarţă. Atât excepţia, cât şi regula au primit, de-a lungul timpului, explicaţii foarte diferite, singura valabilă fiind aceea bazată pe considerente filogenetice. După cum se ştie, supremaţia scoarţei cerebrale în procesul integrării rezidă, printre altele, în faptul că ea reprezintă unicul centru la nivelul căruia converg informaţiile provenite de la toţi receptorii, fără nici o excepţie. Existenţa unui asemenea centru reprezintă o necesitate în ordine general-cibernetică şi nu una în ordine specific-biologică. Integralitatea sistemului viu, ca şi coerenţa raporturilor sale cu ambientul nu sunt posibile decât în prezenţa unui centru de analiză şi sinteza concomitentă a tuturor informaţiilor privitoare la realitatea actual trăită şi deja trăită (experienţa acumulată). Dacă scoarţa cerebrală este un asemenea centru aceasta nu trebuie să conducă la concluzia greşită că în cursul evoluţiei prelucrarea centralizată a tuturor informaţiilor a devenit posibilă numai o dată cu apariţia acestei formaţiuni. La organismele la care nu există scoarţă (aşa cum sunt peştii) acest rol este îndeplinit de centrii talamici, la nivelul cărora converg informaţiile provenite de la toţi receptorii. Odată apărută, scoarţa preia acest rol ea primind informaţiile de la talamus prin axonii ultimilor neuroni ce intră în alcătuirea căii ascendente, ca parte a căii aferente a arcului reflex supraelementar. Însă, cum apariţia scoarţei cerebrale nu este un proces spontan, ci unul evolutiv, transferul funcţiei de integrare supremă a organismului, de la talamus la scoarţă, se face lent şi progresiv, astfel încât talamusul nu este eliminat, ci o foarte lungă perioadă de timp, cele două formaţiuni conlucrează, ponderea scoarţei sporind mereu în detrimentul talamusului.

Preluarea integrală a funcţiei supreme de către scoarţa cerebrală bine dezvoltată nu este un simplu proces de transfer de la o formaţiune la alta, ci mai cu seamă unul de dezvoltare cantitativ-calitativă, o trecere pe un plan superior a alcătuirii şi structurii întregului sistem nervos. Ce şi cât îi rămâne talamusului din vechiul rol, care sunt noile sale funcţii în aceste condiţii este greu de precizat. Cercetările întreprinse în acest scop pe animale, bazate pe extirpări parţiale sau totale ale scoarţei, pe stimulări sau/şi distrucţii locale sau generale la nivelul talamusului, nu pot fi concludente atâta vreme cât însăşi relaţiile dintre aceste două formaţiuni sunt încă necunoscute. Oricum, rolul talamusului nu trebuie coborât la acela al unei simple formaţiuni de releu, rămasă ca un vestigiu al unei etape trecute a evoluţiei; în asemenea condiţii el ar fi dispărut de mult, în absenţa unui rol anume el aducând doar dezavantajul unei întârzieri sinaptice în plus.

125

În privinţa căii olfactive care constituie o excepţie în sensul că, în drumul ei spre scoarţă, nu face staţie talamică, explicaţia este acum simplă. Întrucât simţul olfactiv este legat direct de respiraţia aeriană, informând centrii integratori despre posibila incompatibilitate a aerului pentru schimbul de gaze la nivel pulmonar, el apare mai târziu şi anume la speciile ce părăsesc mediul acvatic. Cum la acest moment al evoluţiei talamusul, ca centru suprem de integrare al acestor specii, era deja constituit, noua cale cu originea la nivelul receptorilor olfactivi şi-a constituit un centru propriu în afara celui existent. Tocmai aceasta este primordiul scoarţei cerebrale.

V. 1.2.2. Centrul nervos al arcului reflex supraelementar Dacă la nivelul centrului nervos al arcului reflex elementar

(subcortical) prelucrarea unui număr redus de informaţii asigură elaborarea unor comenzi standardizate şi limitate, generatoare de răspunsuri la nivelul unui anumit efector (sau grup de efectori), la nivelul centrului nervos al arcului reflex supraelementar (cortical) prelucrarea unui număr maxim de informaţii – actuale şi/sau memorate – duce la elaborarea unor comenzi nestandardizate şi extinse, generatoare de răspunsuri la nivelul oricărui efector (sau grup de efectori). Dacă la nivelul arcului reflex elementar răspunsul este adecvat exclusiv stimulului care l-a generat, la nivelul celui supraelementar acesta este adecvat şi circumstanţelor în care acţionează stimulul. În fine, dacă în primul caz obţinerea răspunsului necesită un consum minim şi constant de timp, în cel de-al doilea consumul de timp este variabil şi întotdeauna superior celui de la nivelul arcului elementar.

Superioritatea funcţională a scoarţei cerebrale în raport cu ceilalţi centri nervoşi rezidă, în primul rând, în modul ei de organizare şi, abia în al doilea rând, în diferenţele calitative ale neuronilor componenţi. În planul organizării specifice scoarţa a) primeşte informaţii de la toţi receptorii organismului; b) poate interveni, direct sau indirect, în activitatea tuturor efectorilor din organism; c) deţine numărul cel mai mare de neuroni de asociaţie şi d) are neuronii dispuşi în suprafaţă şi nu în volum. Fiecare din aceste particularităţi asigură avantaje în plan funcţional, neîntâlnite la ceilalţi centrii. Astfel, coincidenţa spaţio-temporală a tuturor informaţiilor, actuale şi/sau memorate, face posibilă integrarea organismului mai mult în baza semnificaţiei stimulilor, decât în aceea a intensităţii lor; posibilitatea intervenţiei, directe sau mediate, în activitatea oricărui efector conferă caracter coerent, unitar răspunsurilor şi actelor comportamentale; numărul maxim de neuroni asociativi, destinaţi stabilirii de legături complexe şi multiple nu numai între neuronii receptori (senzitivi) şi cei efectori, ci şi între neuronii de acelaşi tip funcţional, asigură realizarea unei totalităţi de

126

relaţii interneuronale cu un pronunţat caracter dinamic adică realizarea unei structuri modulare cu toate consecinţele funcţionale ce decurg din aceasta; dispunerea neuronilor în suprafaţă şi nu în volum conferă scoarţei posibilitatea realizării şi a unor relaţii nonsinaptice între diversele zone de pe întreaga ei suprafaţă în baza proceselor de iradiere şi concentrare. În baza modului ei de structurare scoarţa acţionează întotdeauna ca o totalitate, independent de intensitatea sau semnificaţia stimulilor. Din acest motiv, atunci când vorbim de segmentul central al unui reflex supraelementar, nu trebuie să ne gândim la porţiuni distincte ale unei totalităţi, ci la totalitatea însăşi.

V. 1.2.3. Calea eferentă a arcului reflex supraelementar Comenzile elaborate la nivelul scoarţei cerebrale, considerată ca

totalitate, sunt trimise spre efectori prin căi eferente directe (fără staţii sinaptice pe traseu) sau indirecte. Dispuse între centri corticali şi efectori ele se compun dintr-o porţiune intranevraxială, numită cale descendentă, şi una extranevraxială reprezentată de calea eferentă a arcului reflex elementar, devenită astfel o cale finală comună celor două tipuri de arcuri. Fiind un canal purtător de mesaje, calea eferentă corticală se supune aceleiaşi reguli a fidelităţii de propagare. Aceasta nu trebuie interpretată însă în mod îngust, fidelitatea propagării având semnificaţie doar în planul calitativ al răspunsului. Comenzile ce vin pe căi eferente indirecte (cu staţii sinaptice pe parcurs) pot suferi modificări cantitative determinate de intervenţia unor centri inferiori aflaţi pe traseu în baza unor informaţii pe care aceştia le obţin de la nivelul efectorilor destinatari ai comenzilor. Ca exemple de asemenea centri subcorticali sunt hipotalamusul, pentru căile eferente vegetative şi cerebelul, pentru cele somatice (extrapiramidale).

V. 2. Noţiunea de organ nervos Organul reprezintă o entitate anatomo-funcţională în cadrul

sistemului în care intră ca parte componentă. La rândul său, organul este un sistem cu o alcătuire (totalitatea ţesuturilor ce îl compun) şi o structură (totalitatea relaţiilor semnificative dintre ţesături) bine definite. Ca entitate anatomică organul este delimitat în spaţiu prin propria sa alcătuire, iar ca entitate funcţională este delimitat în spaţiu şi timp prin propria sa structură.

O simplă grupare de ţesuturi lipsită de frontiere anatomice nu poate îndeplini o funcţie distinctă şi, prin consecinţă, ea nu are valoare de organ întrucât nu constituie o entitate integrată în sine şi nici integrabilă într-un sistem.

127

Din acest unghi de privire măduva spinării, bulbul, puntea, mezencefalul etc. nu au valoare de organe componente ale sistemului nervos. În primul rând, ele nu pot fi delimitate anatomic, substanţa albă a măduvei, de exemplu, formată din căi ascendente şi descendente, continuându-se în toate celelalte formaţiuni. În mod similar, cea mai mare parte din substanţa albă a telencefalului este formată din fibre cu provenienţă şi destinaţie din şi spre alte zone şi numai o mică parte din fibre ce îi aparţin (fibrele de asociaţie şi cele comisurale). În al doilea rând ele sunt indistincte pe plan funcţional atât între ele, în interiorul sistemului nervos, cât şi fiecare în raport cu acesta (întregul). Despre fiecare în parte, ca şi despre întreg, nu putem spune decât că, în plan funcţional, realizează (sau participă la) integrarea organismului. Dar integrarea organismului nu este un proces difuz, ci unul discret, mediul însuşi (intern sau extern) caracterizându-se prin existenţa mai multor parametri fizico-chimici distincţi, ale căror variaţii în timp şi spaţiu sunt quasiin dependente şi quasialeatorii. Sistemul integrator primeşte, la nivelul unor centri specializaţi, informaţii cu privire la multiplele modificări ale mediului prin mijlocirea unor receptori adecvaţi naturii energetice a acestora şi a unor căi de conducere distincte, pentru ca în baza prelucrării lor, la unul sau la mai multe niveluri calitative (medular, supramedular, cortical), să poată elabora comenzile cele mai potrivite ce vor fi adresate acelor efectori care pot satisface în cel mai înalt grad interesele momentane şi de perspectivă ale organismului. Încât integrarea organismului se realizează, succesiv sau concomitent, pe anumite direcţii, decise de natura şi semnificaţia stimulului şi în anumite modalităţi, decise de starea de moment a organismului şi de circumstanţele în care acesta se află. Putem vorbi, astfel, de integrarea organismului în raport cu stimulii termici, luminoşi, chimici sau mecanici, dar nu de o integrare în general, deci acauzală.

Totalitatea componentelor anatomice de origine nervoasă care participă la realizarea integrării organismului în raport cu o anumită categorie de stimul formează un ansamblu funcţional cu valoare de organ nervos. Măduva, bulbul, puntea etc., nu sunt decât regiuni anatomice ale axului cerebrospinal, dar nu organe ale sistemului nervos. Din acest unghi de privire, organele sistemului nervos sunt de patru categorii, după natura energetică a variaţilor din mediu (stimul) în raport cu care se realizează integrarea organismului: termică, luminoasă, chimică şi mecanică, fiecare prezentând variante funcţionale. Toate organele sistemului nervos au o alcătuire unitară, ele nefiind altceva decât arcurile reflexe supraelementare, deja analizate. Astfel, toate formaţiunile de origine nervoasă care participă la integrarea chimică a organismului constituie un organ nervos aparţinând

128

categoriei chemointegratoare. Multiplele sale variante, determinate de considerente neesenţiale în raport cu integrarea organismului ca proces (locul variaţiei receptate – mediul intern sau extern –, calitatea substanţei chimice ce se instituie ca excitant specific – substanţă organică sau anorganică etc.), nu alterează cu nimic esenţa funcţională unitară a acestui organ. Integrarea chimică este un proces unitar pentru organism, independent de faptul că variaţiile în acest plan îşi au originea în plan extern, de unde sunt sesizate de receptorii gustativi, digestivi sau olfactiv, sau în mediul intern (sânge), de unde sunt sesizate de chemoreceptorii zonelor reflexogene (specializaţi pentru glucoză, aminoacizi, acizi graşi, Na+, K+, H+ etc.).

Spre deosebire de organele aparţinând altor sisteme, care au funcţie definită şi previzibilă în ceea ce priveşte finalitatea, organele nervoase sunt modulare, ele putându-se reorganiza permanent atât funcţional, cât şi anatomic, cu toate consecinţele ce decurg din acestea. Caracterul modular al organelor nervoase este conferit de scoarţa cerebrală întrucât toate acestea converg la nivelul ei unde, datorită numărului mare al neuronilor de asociaţie şi prezenţei proceselor inductive pe distanţe mari, ele pot să stabilească relaţii reciproce practic nelimitate. Încât, la nivel cortical, componenta aferentă a unui arc reflex, aparţinând unui anumit organ nervos, poate joncţiona temporar cu componenta eferentă şi efectorul unui alt arc reflex, aparţinând altui organ nervos. Caracterul temporar al unor astfel de relaţii conferă sistemului integrator, şi prin el organismului, cele mai largi posibilităţi de integrare. Astfel, în circumstanţe diferite un anumit stimul poate declanşa apariţia unor răspunsuri diferite, tot aşa cum diverşi stimuli pot declanşa în alte circumstanţe, unul şi acelaşi răspuns. Dacă apariţia unei surse luminoase în câmpul vizual declanşează, în mod necondiţionat, un răspuns muscular de orientare a capului în vederea localizării acesteia în spaţiu, acelaşi stimulul poate declanşa o reacţie salivară sau de apărare, cu condiţia ca stimul luminos să fi precedat, într-o experienţă anterioară şi recentă, apariţia unui aliment sau a unui agent nociv. În celălalt plan, secreţia salivară poate fi răspunsul comun dat succesiv sau concomitent unor stimuli legaţi de gustul, mirosul sau vederea alimentului, cât şi de cei ce îi preced apariţia: zgomotul preparării, timpul administrării sau oricare factor cu valoare de semnalizare a apariţiei acestuia.

Interpelarea organelor nervoase la nivel cortical nu este un proces întâmplător. Organizarea şi reorganizarea lor este funcţie de factori ce ţin de interioritatea sistemului viu, oricum, în mai mare măsură decât de cei ce ţin de variaţiile mediului. Numai aşa se explică realitatea că organismul viu răspunde stimulilor, în primul rând, în raport cu semnificaţia acestora şi, abia în al doilea rând, în raport cu natura şi intensitatea lor.

129

VI. RELAŢII INTERNEURONALE ÎN CADRUL

ARCURILOR REFLEXE De vreme ce unitatea de alcătuire şi structură a sistemului nervos este

arcul reflex, iar organul nervos este reprezentat de totalitatea arcurilor reflexe ce asigură integrarea organismului în raport cu o anumită categorie de stimuli din mediu (intern sau extern), se poate conchide că existenţa solitară nu este posibilă pentru nici un neuron. Existenţa oricărui neuron dobândeşte justificare numai în măsura în care el este cuprins, cel puţin, într-un arc reflex. Având în vedere convergenţa arcurilor reflexe nu numai la nivel cortical, ci şi subcortical, majoritatea neuronilor intră în alcătuirea mai multor arcuri reflexe. Cu atât mai mult în cazul scoarţei cerebrale, unde majoritatea neuronilor sunt asociativi, vom întâlni numeroase puncte nodale în care un singur neuron se instituie ca o placă turnantă pentru mai multe arcuri reflexe.

VI. 1. Relaţii sinaptice (circuite neuronale) La nivelul sistemului nervos neuronii se înlănţuie prin sinapse

formând circuite de complexitate şi utilitate diferite. Există câteva tipuri de circuite neuronale (fig. 54) care, însă, nu epuizează complexitatea reală a relaţiilor interneuronale din sistem. În cadrul fiecărui tip de circuit importante sunt: numărul sinapselor, calitatea lor şi modul de funcţionare. Considerând că fiecare circuit are la ieşirile sale efectori musculari, din răspunsurile acestora în timp vom putea deduce importanţa acestor circuite. Întrucât viteza de propagare pe axoni şi dendrite este foarte mare (aproximativ 160 m/s), pentru distanţele reduse din organism o vom neglija în aceste estimări, luând în considerare doar întârzierile sinaptice.

Pe circuitul linear (fig. 54 A) efectorul va răspunde după 2,5 ms (cinci sinapse, fiecare cu o întârziere de 0,5 ms) de la intrarea potenţialului de acţiune pe circuit. Deşi numărul sinapselor din acest circuit rămâne constant în timp, durata totală a întârzierii poate să scadă dacă circuitul este solicitat sistematic într-o anumită succesiune.

130

Fig. 54 (A, B, C, D, E)

Tipuri de circuite neuronale A – linear; B – divergent; C – convergent; D – paralele; X, Y, Z – subcircuite paralele; E – reverberant; S – semnate (stimul); 1-3- ieşiri spre efectori sau spre alţi neuroni; NI – neuron inhibitor

Aceasta întrucât o parte din membranele veziculelor cu mediator ce

se deschid spre sinapsă sunt integrate membranei butonului terminal, a cărui suprafaţă creşte reducând lărgimea fantei sinaptice şi, deci, întârzierea transmiterii (vezi interfaţa intrare-ieşire). Pe circuitul divergent (fig. 54 B) procesele sunt identice. În acest caz se pot imagina variante cu un număr diferit de sinapse, ceea ce conferă posibilitatea intrării în acţiune a efectorilor într-o ordine şi la intervale de timp diferite.

Circuitul convergent (fig. 54 C), având o cale finală comună pentru mai multe circuite, asigură mai largi posibilităţi de intercondiţionare spaţio – temporală între acestea. În funcţie de concomitenţa sau succesiunea în

131

timp a celor trei semnale de intrare (S1-S2) pot apărea efecte foarte diferite, de la facilitare până la ocluzie.

Circuitul paralel (fig. 54 D), pe lângă cele ce-i pot fi extrapolate din analiza celorlalte tipuri, poate asigura multiplicarea răspunsului la acţiunea unui semnal unic la intrare. Se poate observa că, datorită numărului diferit de sinapse pe cele trei subcircuite, semnalul unic de la intrare va determina apariţia a trei răspunsuri succesive la nivelul efectorului 1 în ordinea y, x, z, separate de 0,5 ms. unul de altul.

Circuitul reverberant (fig. 54 E) este capabil să asigure recircularea multiplă a potenţialului unic de la intrare, astfel încât, la ieşire, să se obţină un număr mare de semnale, număr dependent atât de bucle, cât şi de sinapsele străbătute. Cum, însă, trecerea prin sinapsă se realizează cu o anumită pierdere, insensibilă la o singură transmitere transinaptică, dar remarcabilă la trecerea succesivă prin mai multe, potenţialele la ieşire vor fi nu numai multiplicate, ci şi diminuate progresiv în amplitudine până la o valoare ce devine ineficientă (subluminată). În circuitele de acest tip, se pot intercala şi neuroni inhibitori (fig. 54 E, NI). Esenţial într-o asemenea buclă este faptul că neuronul inhibitor are o excitabilitate mai redusă decât toţi neuronii excitatori din circuit. Când intensitatea semnalului S la intrare este inferioară pragului de excitabilitate al neuronului inhibitor acesta nu va fi depolarizat şi circuitul va funcţiona în mod normal. Dacă, însă, valoarea semnalului S creşte până la atingerea pragului specific acestuia, el va fi depolarizat şi va elibera mediatorul inhibitor (exemplu GABA) blocând transmiterea la nivelul sinapsei şi astfel în întregul circuit. În acest mod, bucla în care este integrat neuronul inhibitor funcţionează ca un subcircuit de protecţie pentru întregul ansamblu, blocând trecerea semnalelor ce depăşesc o anumită intensitate şi frecvenţă.

VI. 2. Interrelaţii nonsinaptice Caracterul unitar al sistemului nervos rezidă şi în legăturile

nonsinaptice realizate la diferite niveluri ale axului cerebrospinal între neuronii circuitelor vecine aparţinând unor arcuri reflexe diferite. Interrelaţiile nonsinaptice au loc atât la nivelul corpilor celulari, cât şi al prelungirilor acestora. Dacă prin legăturile sinaptice neuronii îşi transmit uni direcţionat mesaje codificate într-un limbaj specific, prin cele nonsinaptice ei se influenţează reciproc şi nespecific în planul excitabilităţii. Mijlocitorul unor astfel de relaţii este electrolitul extracelular, comun pentru toţi neuronii.

132

VI. 2.1. Relaţii nonsinaptice între corpii celulari Să considerăm corpii celularii a doi neuroni vecini (fig. 55).

Câtă vreme ambii neuroni se vor afla în stare de repaus încărcătura

lor externă va fi aceeaşi ca semn – electropozitivă –, dar nu întotdeauna de aceeaşi valoare. Sarcinile pozitive sunt menţinute în proximitatea feţei externe a membranei fiecărui neuron de forţa electronegativă internă, forţă a cărei mărime este exprimată de valoarea potenţialului membranar de repaus. Dacă, dintr-un motiv oarecare, electro negativitatea internă a neuronului se reduce, suprafaţa externă a acestuia, deşi rămâne tot pozitivă, va acţiona ca un câmp negativ (în realitate, mai puţin pozitiv) asupra sarcinilor pozitive de pe suprafaţa neuronului vecin, o parte dintre protonii aflaţi la suprafaţa acestuia vor migra în sensul câmpului. Fenomenul se accentuează atunci când neuronul a este depolarizat. Ca urmare, o parte din canalele ionice ale neuronului b îşi vor reduce din fermitatea închiderii sau se vor deschide. În acest din urmă caz se va produce un influx corespunzător al ionilor Na+, în consecinţa căruia la nivelul neuronului b se produc: i) reducerea potenţialului de repaus, deci creşterea excitabilităţii şi îi) creşterea concentraţiei interne a Na+, deci afectarea homeostazei ionice a citoplasmei. Această a doua consecinţă determină o intensificare corespunzătoare a pompei ionice, în calitatea ei principală de mecanism homeostazic, întrucât ATP-aza specifică este stimulată de însăşi creşterea concentraţiei Na+ intern. Deşi nu intervine în consecinţa creşterii excitabilităţii, ci a afectării homeostaziei, pompa reface concomitent şi valoarea potenţialului de repaus şi realizează.

Fig. 55 Interrelaţii non-sinaptice între doi

corpi celulari vecini (a,b)

133

Iată reînchiderea canalelor ionice prin angajarea antiportului Na+/H+. Datorită inerţiei sale metabolice pompa nu-şi va reduce brusc activitatea în momentul restabilirii concentraţiei interne a Na+, ci va continua încă un timp mărind astfel valoarea potenţialului membranar de repaus şi, prin aceasta, reducând excitabilitatea faţă de starea iniţială. În situaţia în care neuronul a nu îşi reduce, ci îşi măreşte valoarea potenţialului membranar de repaus (hiperpolarizare) fenomenul rămâne identic schimbându-se doar sensul de electromigrare a ionilor H+, cu toate consecinţele ce decurg din aceasta.

În cadrul relaţiei nonsinaptice dintre neuronii vecini aflaţi la potenţiale diferite rolul principal revine electromigrării ionului H+ la faţa externă a membranei care, prin concentraţia lui, condiţionează starea canalelor ionice. Este demn de remarcat faptul că reducerea în acest mod a concentraţiei ionilor H+ la suprafaţa unei membrane sporeşte valoarea excitabilităţii acestuia nu numai –oricum, nu în primul rând – prin determinarea deschiderii canalelor ionice, ci şi, mai cu seamă, prin reducerea fermităţii închiderii acestora, cunoscut fiind faptul că stabilitatea complexului organometalic format de ionul Ca2+ cu proteinele canal este strict dependentă de pH. Ceea ce decide asupra uneia sau alteia dintre modalităţi este nu atât căderea de potenţial dintre suprafeţele externe ale neuronilor a şi b, cât modul producerii ei în timp. Potrivit unei logici lineare am fi tentaţi să considerăm că, pentru neuronul afectat, importantă este doar consecinţa – creşterea excitabilităţii –, nu şi modalitatea în care aceasta a fost produsă. Considerând, însă, aceste evenimente în procesualitatea lor, precum şi faptul că – la nivelul sistemului viu (neuronul) – reflectarea este activă, vom putea constata că ne aflăm în faţa a două tipuri de excitabilitate identică în plan valoric, dar total diferite în plan funcţional.

Valoarea prag a unui stimul este dată de capacitatea acestuia de a determina deschiderea numărului critic de canale ionice. Acest număr critic nu reprezintă o constantă neuronală, ci o mărime dependentă de viteza de lucru a pompei de Na+-K+ la momentul impactului cu stimulul. Aceasta întrucât stimulul este un factor ce duce la afectarea homeostazei ionice a citoplasmei, iar pompa este un mecanism ce duce la refacerea şi întreţinerea ei. Dacă impactul stimulului surprinde pompa la o viteză redusă de lucru atunci numărul critic de canale va fi mai mic (excitabilitatea mai mare), invers faţă de situaţia când pompa este surprinsă la o viteză sporită (excitabilitatea mai mică). Pompa de Na+-K+ este însă un mecanism prin care celula reacţionează activ doar faţă de modificările homeostaziei în plan ionic, nu şi ale excitabilităţii ca stare, viteza ei de lucru fiind determinată de

134

dependenţa ATP-azei specifice exclusiv de concentraţiile citoplasmatice ale ionilor Na+ şi K+. Încât, dacă în cadrul relaţiilor nonsinaptice, electromi-grarea ionilor H+ determină creşterea excitabilităţii prin deschiderea unui număr subcritic de canale, influxul de Na+ prin acestea va afecta homeostazia, dar şi valoarea potenţialului de repaus şi va obliga neuronul la o reacţie de răspuns ce constă în sporirea corespunzătoare a vitezei de lucru a pompei, ca mecanism homeostazic, cu toate consecinţele ce decurg din aceasta, în primul rând, refacerea şi chiar coborârea excitabilităţii sub nivelul iniţial (datorită inerţiei metabolice a pompei). Dimpotrivă, dacă electromigrarea ionilor H+ este subcritică şi determină creşterea excitabilităţii nu prin deschiderea canalelor ionice, ci numai prin reducerea fermităţii închiderii acestora, homeostazia ionică şi, deci, valoarea potenţialului de repaus nu se vor modifica şi neuronul nu va reacţiona, pompa de Na+-K+ rămânând la aceeaşi valoare a vitezei de lucru, cu toate consecinţele ce decurg din aceasta, în primul rând, persistenţa în timp a excitabilităţii ridicate până în momentul impactului cu un alt stimul.

O problemă aparte o constituie distanţa până la care se pot stabili asemenea relaţii nonsinaptice între neuroni. Apariţia unei zone mai electronegative prin reducerea potenţialului de repaus ori prin inversarea acestuia la nivelul unuia sau mai multor corpi celulari dă naştere unui câmp electrostatic a cărui forţă, exercitată la infinit, scade cu pătratul distanţei. Întrucât neuronii cei mai afectaţi sunt cei mai apropiaţi de focarul considerat, nu ar fi lipsită de sens implicarea relaţiei nonsinaptice în distribuţia spaţială a corpilor celulari neuronali aparţinând anumitor arcuri reflexe în cadrul aceluiaşi centru nervos, precum şi a interpunerii între aceştia a unui număr mai mare sau mai mic de celule gliale cu rol de amortizare a efectului prin propriul lor potenţial de membrană. Nu poate fi exclusă implicarea ei nici în determinarea topografiei „centrilor” pe formaţiunile corticale unde, dispunerea corpilor celulari în suprafaţă şi nu în volum, asigură realizarea unor asemenea relaţii nonsinaptice pe distanţe mult mai mari. Încât, vecinătatea a doi corpi celulari sau a doi centri ar putea trăda conlucrarea lor în planul funcţiilor specifice şi pe baza interrelaţiilor nonsinaptice.

VI. 2.2. Interrelaţii nonsinaptice între prelungirile neuronale Acest tip de relaţii mai este cunoscut şi sub numele de transmitere

efaptică. Să considerăm două prelungiri neuronale vecine cuprinse într-un nerv (fig. 56).

Influenţa exercitată reciproc la nivelul nodurilor vecine se bazează pe acelaşi mecanism descris la relaţiile dintre corpii celulari. Şi aici

135

excitabilitatea nodului b poate să crească, datorită electromigrării ionilor H+ de la acest nivel în sensul gradientului, fie prin reducerea fermităţii închiderii canalelor, fie prin deschiderea acestora într-un număr subcritic.

Spre deosebire de cazul corpilor celulari, la care modalitatea de

creştere a excitabilităţii era decisă, în primul rând, de viteza de producere a căderii de potenţial şi, în al doilea rând, de valoarea absolută a acesteia, la prelungirile neuronale modalitatea este decisă exclusiv de distanţele dintre acestea întrucât, pe oricare prelungire neuronală potenţialul de repaus este constant în timp, neexistând sinapse, el modificându-se doar în consecinţa propagării şi atunci numai în forma potenţialului de acţiune cu amplitudine şi desfăşurare în timp constante, potenţialele de acţiune vor fi influenţate prin deschiderea canalelor ionice, în timp ce prelungirile situate mai departe, datorită estompării cu pătratul distanţei a efectelor generate de potenţialele de acţiune, vor fi influenţate prin reducerea fermităţii de închidere a canalelor. De aici decurg consecinţe funcţionale diferite, deosebit de importante. În fibrele (axoni, dendrite) cele mai apropiate de cea care conduce potenţiale de acţiune excitabilitatea crescută prin deschiderea unui număr subcritic de canale va determina reacţia compensatoare a pompei care, datorită inerţiei sale metabolice, va produce o hiperpolarizare, deci o excitabilitate redusă. În acest mod se asigură o propagare localizată strict la nivelul fibrei iniţiale. Deci fibrele apropiate celei stimulate trec prin două faze succesive: una de hiperexcitabilitate şi alta de hipoexcitabilitate. Durata celei dintâi va fi dependentă de viteza de reacţie a pompei, iar a celei de-a doua de durata propagării în fibra iniţială.

Fig. 56 Interrelaţii nonsinaptice între două prelungiri neuronale vecine (a, b)

136

În cazul fibrelor situate la distanţă, la care excitabilitatea a crescut prin reducerea fermităţii de închidere a canalelor, fără tulburarea homeostazei, pompa nu are motive să reacţioneze şi, în consecinţă, aceste fibre trec printr-o singură fază – cea de hiperexcitabilitate – a cărei durată se va extinde pe toată durata de propagare pe fibra stimulată.

În baza acestor două tipuri de influenţă fibrele ce compun nervii sau fasciculele de substanţă albă intranevraxială vor fi astfel dispuse încât distanţele dintre ele să corespundă nevoilor funcţionale specifice. Încât, la nivelul nervilor – mai cu seamă a celor micşti – grosimea tecilor Henlle şi a lamelor conjunctive ale perinervului, precum şi modul de grupare a fibrelor în cadrul subunităţilor unui nerv, nu pot fi străine de consecinţele relaţiilor nonsinaptice dintre fibre.

137

VII. CENTRII NERVOŞI

Deşi centrul nervos este definit ca un ansamblu de corpi celulari –

ceea ce este parţial adevărat –, nu orice aglomerare de corpi celulari are valoare de centru. Pentru a putea fi definit este necesară raportarea acestuia la schema cibernetică a arcului reflex atât în planul alcătuirii, cât şi al structurii sale. Din acest unghi de privire, între termenul de centru nervos şi acela de segment central al arcului reflex este o evidentă similitudine, nu însă şi identitate. Informaţiile de la receptor sunt trimise prin canalele purtătoare la segmentul central unde, ca urmare a prelucrării lor specifice, se elaborează comanda destinată efectorului. Descrierea este la nivel de principiu de organizare a unui arc reflex în general. Dar arc reflex „în general” nu există, ci doar arcuri concrete alcătuite din formaţiuni strict localizate şi bine definite, organizate în ceea ce mai sus am numit „arc reflex supraelementar”, în care cel elementar este parte. Integrarea realizată la nivelul unui arc reflex real din organism este un proces mult mai complex decât simpla reacţie de răspuns la acţiunea unui stimul. Retragerea membrului superior la contactul cu un obiect fierbinte este doar o latură a integrării în acest sens. Ea a fost precedată de procese vegetative (activitatea cardiovasculară, respiratorie, endocrină etc.) ce fac posibilă contracţia musculară în oricare moment (glucoză, oxigen, catecolamine etc.) şi va fi urmată de altele de tip similar prin care se înlătură efectele produse, inclusiv refacerea ATP-ului. Dacă sustragerea din faţa unui pericol sau alte motive impune intrarea în acţiune a mai multor lanţuri musculare pe durată mai lungă (alergare), atunci chiar în timpul realizării acţiunii locomotorii activitatea de integrare devine şi mai complexă atât în planul somatic al coordonării şi reglării acţiunii în sine, cât şi în planul vegetativ al asigurării condiţiilor necesare acesteia. Asemenea acţiuni de o mare complexitate, implicând participarea concomitentă şi succesivă într-o anumită ordine a numeroase ansambluri de arcuri reflexe somatice şi vegetative impun cu necesitate localizarea grupată a segmentelor centrale ale tuturor acestora pentru a se putea asigura prelucrarea centralizată a informaţiilor şi, ca urmare, elaborarea comenzilor celor mai potrivite din mai multe posibile. O asemenea grupare unitară a segmentelor centrale ale arcurilor reflexe are valoare de centru nervos.

Dacă privim acum problema din perspectiva întregului organism şi avem în vedere toate acţiunile de orice tip pe care acesta le poate îndeplini

138

în diverse împrejurări, precum şi faptul că suntem în faţa unui sistem unitar, a unei entităţi ale cărei activităţi nu pot fi decât coerente şi unitare, pornind de la toate acestea ar trebui ca, pentru asigurarea prelucrării centralizate a tuturor informaţiilor şi elaborării comenzilor optime în oricare zonă efectoare, segmentelor centrale ale tuturor arcurilor reflexe din organism să se dispună la acelaşi nivel, deci să se grupeze într-un singur centru nervos. Este exact ceea ce găsim în organism! Acest centru este scoarţa cerebrală.

Dacă scoarţa cerebrală este centrul nervos unic la nivelul căruia sunt prezente segmentele centrale ale tuturor arcurilor reflexe supraelementare ale organismului atunci, din acest motiv, ea deţine supremaţia în procesul general al integrării. Fiind în această ipostază scoarţa, ca centru nervos unic, va elabora orice comandă numai în baza prelucrării tuturor informaţiilor ajunse într-un moment dat la nivelul ei, indiferent dacă acestea provin din realitatea trăită (actuală) sau deja trăită (memorată ca experienţă). Cum aceste procese complexe implică un consum relativ mare de timp, datorat numărului sporit de sinapse, răspunsurile efectorilor la acţiunile stimulilor, deşi superioare calitativ, ar surveni cu o întârziere ce ar putea reduce sau chiar anula eficienţa integrării, întrucât nu sunt puţine situaţiile în care pentru organism este mai importantă promptitudinea decât calitatea răspunsului. Desigur, eficienţa maximă a integrării rezultă numai din răspunsuri prompte şi de calitate. Dar, între aceste atribute ale răspunsului există o contradicţie: promptitudinea nu poate fi asigurată decât de arcuri reflexe cu un număr minim posibil de neuroni (sinapse puţine), ceea ce duce la pierderi în planul calităţii, iar calitatea de arcuri reflexe cu un număr maxim de neuroni (sinapse numeroase), ceea ce duce la pierderi în planul promptitudinii. Ca urmare, cele două atribute nu pot fi conferite răspunsului la stimuli nici în acelaşi timp, nici de acelaşi centru. De aici necesitatea ca, pe lângă centrul cortical, care asigură calitatea maximă a răspunsurilor să existe – pentru aceeaşi acţiune integratoare, deci pentru acelaşi arc reflex – şi un centru subcortical, care să asigure promptitudinea maximă a răspunsurilor. Deducem de aici că arcul reflex supraelementar (cortical) şi arcul reflex elementar (subcortical) nu reprezintă două formaţiuni anatomice diferite, ele având, de altfel, şi părţi comune (receptorul, calea aferentă, calea eferentă şi efectorul) ci niveluri de organizare ierarhică ale aceluiaşi arc reflex complex şi unitar, la nivelul căruia se realizează integrarea organismului în raport cu o anumită categorie energetică (luminoasă, termică, chimică, mecanică) a stimulilor din mediu (intern sau extern).

139

VII. 1. Noţiunea de centru nervos De pe această nouă bază poate fi mai corect definită noţiunea de

centru nervos. Ansamblul unitar de corpi celulari care participă, direct sau indirect, la prelucrarea şi stocarea informaţiilor privitoare la o anumită, sau la oricare categorie de stimuli, la elaborarea, modularea şi corectarea comenzilor destinate unei anumite, sau oricărei categorii de efectori constituie un centru nervos. Prelucrarea şi stocarea informaţiilor, elaborarea, corectarea şi modularea comenzilor fiind doar laturi ale unui proces unitar – integrarea organismului într-un anumit plan funcţional –, valoarea de centru nervos a unui ansamblu de corpi celulari se judecă numai din această perspectivă şi nu fragmentar. În cadrul acestui ansamblu corpii celulari se grupează unitar în formaţiuni cu rol preponderent fie în receptarea, prelucrarea şi stocarea informaţiilor, fie în elaborarea, corectarea şi modularea comenzilor.

Din motivele mai sus expuse este greşit să vorbim de centri nervoşi senzitivi, de asociaţie sau efectori în general, corectă fiind doar denumirea de centru nervos al unei anumite activităţi reflexe în care se includ formaţiunile cu rol receptor, de asociaţie şi efector (coarne, nuclei sau arii). Din acelaşi motive nu oricare ansamblu de corpi celulari are valoare de centru nervos. Ganglionii senzitivi, spinali sau cranieri, deşi sunt asocieri de corpi celulari nu au valoare de centri întrucât la nivelul lor nu se realizează toate procesele ce dau conţinut integrării. În aceeaşi situaţie se află ganglionii vegetativi simpatici şi parasimpatici.

VII. 2. Modificări de excitabilitate în jurul focarului stimulat Rezultând din asocierea corpilor celulari aparţinând anumitor tipuri

funcţionale de neuroni, centri nervoşi, ca şi arcurile reflexe, vor funcţiona în baza proceselor ce caracterizează atât activitatea fiecărui neuron în parte, cât şi relaţiile dintre corpii celulari ai acestora. Cu toate acestea activitatea centrilor nu este rezultatul simplei asocieri sumative a celor două categorii de procese. În plan calitativ această activitate dobândeşte valenţe noi ce nu pot fi reduse la suma valenţelor specifice proceselor ce-i stau la bază, ceea ce denotă existenţa unei asocieri integrative a acestora.

Întrucât cele două categorii de procese au fost deja analizate, în cele ce urmează vom aborda doar câteva aspecte ale activităţii centrilor în care acestea sunt implicate.

VII. 2.1. Creşterea excitabilităţii în jurul focarului (iradierea) Dacă un grup de corpi celulari din interiorul unui centru sunt

stimulaţi (depolarizaţi), excitabilitatea corpilor celulari din jur creşte pentru

140

scurt timp. Valoarea acestei creşteri pentru un corp celular dat este dependentă atât de nivelul stimulării în focar, cât şi de distanţa la care el este dispus faţă de acesta. Fenomenul are la bază relaţiile de tip nonsinaptic dintre corpii celulari. La realizarea unei asemenea relaţii participă şi celulele gliale interpuse.

Fig. 57

Modificarea excitabilităţii în jurul focarului de excitaţie (iradierea şi concentrarea) Să considerăm doi neuroni în momentul depolarizării lor prin

aferenţele proprii (fig. 57). Câmpul electronegativ apărut astfel la suprafaţa lor externă va determina electromigrarea ionilor H+ de pe suprafeţele corpilor celulari din jur şi, în consecinţă, deschiderea canalelor ionice în număr subcritic şi un influx corespunzător de Na+. Ca urmare, valoarea iniţială a potenţialului membranar de repaus (-80 mV) se va reduce, iar excitabilitatea va creşte. Cum forţa câmpului electronegativ al focarului de excitaţie scade cu pătratul distanţei, excitabilitatea cea mai ridicată o vor avea neuronii cei mai apropiaţi. Deşi viteza de electromigrare a ionilor H+ este mare, totuşi afectarea excitabilităţii neuronilor din jur nu este concomitentă, ci succesivă, ultimul afectat în acest plan fiind neuronul cel mai îndepărtat. Din acest motiv, desfăşurarea în timp a fenomenului are loc ca o iradiere efectivă în jurul focarului excitat. Ceea ce iradiază însă nu este excitaţia, ci excitabilitatea, neuronii din jurul focarului suferind doar o reducere a valorii potenţialului de repaus şi nu o inversare a lui. La analiza relaţiilor nonsinaptice dintre corpii celulari s-a făcut precizarea că excitabilitatea poate să crească atât prin deschiderea canalelor ionice în

141

număr subcritic, cât şi prin reducerea fermităţii închiderii acestora. În cazul acum analizat este necesară precizarea că, tocmai datorită acestei a doua modalităţi, distanţa până la care se produce creşterea excitabilităţii se extinde şi asupra neuronilor mai îndepărtaţi, al căror potenţial de repaus nu îşi modifică valoarea.

Starea de excitabilitate crescută indusă prin iradiere este una progresivă. Durata menţinerii ei depinde, în primul rând, de modalitatea în care a fost produsă, fiind mai mare pentru neuronii afectaţi prin reducerea fermităţii închiderii canalelor, întrucât faţă de aceasta neuronul nu reacţionează prin pompaj. În al doilea rând, această durată depinde, pentru cazul afectării excitabilităţii prin deschiderea canalelor ionice, de promptitudinea intervenţiei pompei de Na+-K+. Ca mecanism cu o anumită inerţie metabolică, inerţie determinată de sensibilitatea ATP-azei faţă de variaţiile concentraţiilor ionilor Na+ şi K+ şi de rezistenţa opusă de membrană la traversare, pompa prezintă variaţii de amplitudine şi randament în funcţie atât de specificul neuronului, cât şi de anumite circumstanţe.

Independent de modalitatea prin care s-a produs, creşterea excitabilităţii în jurul focarului de excitaţie are serioase consecinţe asupra funcţionalităţii zonei, influenţând atât activitatea fiecărui neuron în parte, cât şi relaţiile sinaptice şi nonsinaptice dintre aceştia.

VII. 2.2. Scăderea excitabilităţii în jurul focarului (concentrarea) Pentru corpii celulari a căror excitabilitate a fost sporită prin

deschiderea canalelor în număr subcritic, influxul Na+ a afectat homeostazia celulelor în plan ionic. Creşterea concentraţiei interne a ionilor Na+ determină activitatea ATP-azei specifice şi, în acest mod, creşterea vitezei de lucru a pompei, în calitatea ei de mecanism homeostazic. În acest mod se reface nu numai homeostazia, ci şi voltajul membranar prin inactivarea (închiderea) canalelor ionice. Dacă afectarea homeostazei ionice este mare şi refacerea ei va presupune un consum de timp mult mai mare, datorită naturii metabolice a pompajului care se caracterizează prin inerţie şi viteză de lucru relativ redusă.

În exemplul de mai sus (fig. 57), primii neuroni care vor reacţiona prin intensificarea pompajului vor fi cei situaţi mai aproape de focar, întrucât ei au fost cei dintâi şi cel mai grav afectaţi în planul homeostaziei. Deşi neuronii cei mai îndepărtaţi sunt ultimii care reacţionează prin pompaj ei îşi vor reface cei dintâi homeostazia întrucât consumul de timp necesar pompelor pentru a reface un decalaj de numai 2 mV este inferior celui necesar pentru a reface 10 mV. Încât, readucerea potenţialului la valori mai

142

negative este un proces care înaintează dinspre periferie spre focar, ca o concentrare, invers decât iradierea. Din motivele arătate, privind natura diferită a celor două procese, viteza revenirii este mult mai mică.

Fiind un mecanism inerţial pompa de Na+-K+ are nevoie de un anumit timp pentru a trece de la o valoare la alta a vitezei de lucru. În consecinţă, pompajul va continua şi după atingerea homeostaziei în plan ionic ducând astfel potenţialul la valori mai negative. Aceasta întrucât ATP-aza specifică este inhibată progresiv de reducerea în aceeaşi manieră a concentraţiei interne de Na+. Desigur, cu cât afectarea homeostaziei a fost mai gravă, cu atât viteza de lucru a pompei a crescut mai mult şi cu atât mai mare va fi inerţia ei metabolică. Încât, neuronii cei mai apropiaţi de focar vor atinge potenţialul cel mai negativ şi excitabilitatea cea mai redusă dintre toţi cei afectaţi în faza de iradiere. Astfel, deşi aferenţele stimulează în continuare neuroni, din focar, excitaţia va rămâne în continuare cantonată la nivelul acestuia, excitabilitatea neuronilor celor mai apropiaţi lui fiind mult diminuată comparativ cu momentul iniţial al iradierii.

Faptul că în această fază excitaţia rămâne concentrată la nivelul focarului nu trebuie să conducă la concluzia greşită că relaţiile nonsinaptice dintre neuroni au încetat. Electronegativitatea focarului atrage şi acum sarcinile pozitive din zonele învecinate, unii ioni H+ suferă chiar electromigrarea, dar, întrucât forţa cu care aceste sarcini pozitive sunt reţinute în preajma corpilor celulari din jur este mult mai mare şi viteza pompei este superioară faţă de starea de repaus, efectele focarului asupra neuronilor din jur vor fi aproape nule.

VII. 2.3. Iradierea şi concentrarea în suprafaţă şi în volum Iradierea excitabilităţii, ca formă a relaţiilor interneuronale

nonsinaptice, este un proces datorat jocului forţelor fizico-chimice pasive, iar concentrarea la nivelul focarului, ca modalitate de restabilire a homeostazei ionice, este un proces datorat mecanismului biochimic-metabolic al pompei active. Din aceste motive ambele procese vor fi prezente la nivelul oricărei asocieri de corpi celulari, independent de faptul că aceasta constituie sau nu un centru nervos, sau de morfologia, specificul funcţional ori nivelul la care se dispune în axul cerebrospinal sau pe traiectul formaţiunilor extranevraxiale. După cum bine s-a înţeles, concentrarea în focar este urmarea firească a iradierii.

Întrucât asocierile de corpi celulari pot da naştere la formaţiuni cenuşii dispuse în suprafaţă sau în volum, se înţelege că distanţa până la care electronegativitatea focarului va fi eficientă este mai mare pentru formaţiunile cenuşii dispuse în suprafaţă (fig. 58 A), decât pentru cele dispuse în volum (fig. 58 B).

143

Fig. 58 (A, B)

Iradierea în suprafaţă (A) şi în volum (B) Din acest motiv inducţia este mai evidentă şi mai operantă pe

formaţiunile corticale decât pe cele nucleare. Aceasta este, cu certitudine, una dintre modalităţile de asigurare a supremaţiei funcţionale a formaţiunilor corticale, pe lângă aceea a asigurării unor mai largi posibilităţi de interconectare sinaptică a corpilor celulari. Chestiunea poate fi uşor demonstrată prin aceea că elaborarea reflexelor condiţionate, bazată şi pe asemenea procese, presupune un număr mult mai mic de asocieri la organismele care au scoarţă decât la cele la care aceasta încă nu a apărut.

VII. 2.4. Inducţia simultană şi consecutivă Stimularea unui focar induce în neuronii din jur modificări de

excitabilitate ce constau într-o creştere a acesteia într-o primă fază şi pentru un scurt timp, urmată de o scădere a ei într-o fază ulterioară şi, pentru un interval mai lung de timp, egal de regulă cu durata stimulării focarului. Aceasta reprezintă inducţia simultană care este bifazică şi nu monofazică cum uneori se mai susţine.

Inducţia consecutivă este rezultatul logic al desfăşurării potenţialului de acţiune la nivelul oricărui corp celular. Întrucât pompa, în calitatea ei de mecanism electrogen inerţial, nu poate să-şi reducă brusc activitatea în momentul refacerii stării iniţiale a potenţialului membranar, valoarea acestuia se va accentua devenind mai negativ (postpotenţial de hiperpolarizare). Astfel încât, la nivelul focarului, după încetarea stimulării, se va instala o fază de excitabilitate redusă (hiperpolarizare), cu toate consecinţele ce decurg din aceasta.

În intimitatea lor procesuală fenomenele inductive au la bază variaţia potenţialului membranar de repaus al neuronilor din jurul unui focar stimulat (inducţia simultană), respectiv al neuronilor din focar după

144

încetarea stimulării (inducţie consecutivă), variaţie ce se repercutează asupra excitabilităţii acestora în baza unei relaţii de inversă proporţionalitate. Dacă inducţia simultană pozitivă din timpul iradierii este determinată de electromigrarea pasivă a ionilor H+, inducţia simultană negativă din timpul concentrării, ca şi inducţia consecutivă negativă, sunt determinate de inerţia mecanismului homeostazic activ reprezentat de pompă.

VII. 2.5. Centri nervoşi ca sisteme logice cu mai multe stări posibile Din analiza mecanismelor ce stau la baza fenomenelor inductive se

poate deduce că la nivelul oricărei asocieri de corpi celulari coexistă sau se succed multiple şi variate stări funcţionale. Ar fi cel puţin simplificator să mai considerăm că activitatea centrilor nervoşi se bazează pe modalitatea binară – excitaţie-inhibiţie. Atunci când s-a discutat despre geneza potenţialului de acţiune s-a făcut precizarea că aceasta este condiţionată de activarea numărului critic de canale ionice de către stimulul cu valoare liminală. Tot cu acel prilej s-a putut constata că şi stimulii subliminali determină consecinţe la nivelul potenţialului membranar, dar nu îndeajuns de intense pentru a se putea propaga. Dacă, însă, membrana somei neuronale este un mozaic cu excitabilităţi diferite, aşa cum este ea în realitate la quasitotalitatea neuronilor, este cert că o variaţie de potenţial cu amplitudine mică, fără şanse de propagare pe o membrană cu potenţial uniform, va putea să se propage pe acele direcţii pe care aceasta va prezenta o excitabilitate sporită. Pe baza excitabilităţii în mozaic a membranei somei neuronale, diversele sinapse pot determina apariţia, în puncte diferite, a unor variaţii de potenţial de valori cuprinse între una minimă, dată de deschiderea unui singur canal ionic şi una maximă, dată de deschiderea numărului critic în condiţiile date. Ca urmare, la nivelul somei neuronale putem vorbi de mai multe stări active, toate determinate de starea deschisă a canalelor ionice, dar diferenţiate între ele prin numărul acestora.

Pe de altă parte, atunci când canalele se află în stare închisă ele nu prezintă aceeaşi susceptibilitate la deschidere întrucât într-o anumită zonă a membranei ele pot fi mai ferm închise, în alta mai puţin ferm. Gradele diferite de fermitate a închiderii canalelor, însemnând valori diferite ale excitabilităţii (fără contribuţia compensatoare a pompei), determină şanse de propagare diferite pentru variaţii diferite ale potenţialului membranar. Ca urmare, diversele zone ale centrilor nervoşi, la nivelul cărora se manifestă nu numai proprietăţile intrinseci ale neuronilor individuali, ci şi consecinţele relaţiilor sinaptice şi nonsinaptice dintre aceştia, se vor putea

145

afla într-una din multiplele stări funcţionale posibile, determinate atât de numărul canalelor deschise, cât şi de gradul de fermitate al închiderii acestora. Din aceste motive centri nervoşi nu funcţionează ca sisteme binare, ci ca sisteme logice cu mai multe stări posibile. Numărul stărilor posibile ale diverşilor neuroni este diferit, el fiind cu atât mai mare cu cât sinapsele ce descarcă la nivelul fiecăruia sunt mai numeroase. De aici şi diferenţele cantitativ-calitative ale integrării realizate la nivelul arcurilor elementare şi supraelementare, centri celor din urmă (corticali) fiind formaţi din corpi celulari ce primesc un număr maxim de sinapse. Găsim în aceasta încă un mod de a argumenta superioritatea scoarţei cerebrale faţă de ceilalţi centri. În acelaşi timp trebuie remarcat faptul că şi între centri subcorticali există asemenea diferenţe, numărul sinapselor sporind, de regulă, de la cei medulari la cei tronculari şi diencefalici, cu toate consecinţele în plan funcţional ce decurg din aceasta.

De pe această nouă bază putem înţelege mai bine de ce nu orice asociere de corpi celulari constituie un centru nervos. Ganglionii senzitivi ai nervilor omonimi (spinali şi cranieni) sunt asocieri de corpi celulari pe care nu descarcă sinapse, iar ganglionii nervilor vegetativi efectori conţin corpi celulari cu un număr minim de sinapse constituind formaţiuni ce nu participă la prelucrarea informaţiilor şi elaborarea comenzilor şi nu au valoare de centri nervoşi.

146

VIII. FORMAŢIUNI GANGLIONARE

Formaţiunile ganglionare sunt asocieri de corpi celulari dispuse pe

traiectul nervilor senzitivi (sau al ramurilor omonime ale nervilor micşti) şi al nervilor efectori vegetativi. Rolurile lor funcţionale sunt diferite, participarea la procesele de integrare vizând alte calităţi decât aceea de centri nervoşi.

Atât dispunerea lor în afara axului cerebrospinal, cât şi rosturile lor fiziologice nu pot fi înţelese decât în contextul arcurilor reflexe din care fac parte.

VIII. 1. Ganglionii senzitivi Aceşti ganglioni reprezintă asociaţii ale corpilor celulari aparţinând

protoneuronilor, independent de apartenenţa acestora la arcurile reflexe somatice sau vegetative. Faptul că aceşti corpi celulari se dispun în afara axului cerebrospinal îşi poate afla explicaţia într-un anume proces de reciclare a neurotransmiţătorului la nivelul lanţurilor neuronale.

Există dovezi indirecte că eliberarea neurotransmiţătorului în fanta sinaptică este redundantă. Revenirea sinapsei la starea de repaus implică înlăturarea mesagerului de la acest nivel, fie prin recaptarea activă în butonul axonal sau prin difuziune în interstiţii, fie prin liză enzimatică. Produşii rezultaţi din liza enzimatică vor fi încorporaţi, cel mai probabil activ, în neuronul postsinaptic unde vor fi utilizaţi de acesta ca materie primă pentru sinteza propriului mediator. Astfel, în cadrul unui circuit, fiecare neuron primeşte de la precedentul o importantă cantitate de materie primă pentru sinteza propriului mediator (acetilcolina)1. Singurul neuron care nu poate beneficia de un asemenea aport este protoneuronul aflat la capătul iniţial al circuitului. Sinteza acetilcolinei la acest nivel bazându-se exclusiv pe aportul sanguin de materie primă, vascularizaţia corpilor celulari ai protoneuronilor trebuie să fie net superioară vascularizaţiei celorlalţi neuroni. Aceasta poate fi asigurată în condiţii optime numai prin dispunerea corpilor celulari în afara axului cerebrospinal unde formează ganglioni senzitivi sau asocieri neuronale omoloage acestora (neuronii olfactivi şi neuronii fotosensibili).

147

VIII. 2. Ganglionii vegetativi O particularitate a căilor eferente vegetative este alcătuirea lor din

prelungirile axonice a doi neuroni: primul având corpul celular situat intranevraxial, iar al doilea în afara axului. Asocierea corpilor celulari ai acestora din urmă formează ganglioni situaţi pe traiectul nervilor efectori vegetativi. Problema principală, în acest caz, nu este situarea lor extranevraxială, ci însuşi raţiunea existenţei lor. Cu alte cuvinte, căror necesităţi răspunde existenţa celui de-al doilea neuron în cadrul căii eferente vegetative?

Întrucât efectorii vegetativi (muşchi netezi, unele formaţiuni secretorii şi ţesutul nodal al inimii) au un alt specific funcţional decât cei somatici (muşchi scheletici), căile eferente ce le aduc comenzi trebuie adecvate acestuia. Astfel, de exemplu, musculatura netedă de la nivelul vaselor, organelor cavitare şi conductelor trebuie să dezvolte contracţii lente, de forţă redusă şi de durată mare. Toate acestea impun particularităţi de organizare a căii de conducere, capabile să asigure atât prelungirea în timp cât şi extinderea în spaţiu a acţiunii neurotransmiţătorului. Aceste parcularităţi constau în: a) lipsa mielinei la nivelul axonului care se distribuie fibrelor netede, prin aceasta asigurându-se o eliberare prelungită în timp a neurotransmiţătorului, b) prezenţa joncţiunilor neuromusculare lejere (în locul sinapselor tipice) caracterizate prin eliberarea de la distanţă a neurotransmiţătorului, astfel încât un singur buton terminal axonal deserveşte mai multe fibre musculare netede, prin aceasta asigurându-se extinderea spaţială a acţiunii şi c) lipsa enzimelor de inactivare a neurotransmiţătorilor la nivelul joncţiunii, prin aceasta sporind durata acţiunii acestora. De aici deducem că, existenţa celui de-al doilea neuron al căii eferente vegetative, al cărui axon este lipsit de mielină, răspunde necesităţii de adecvare a comenzii la specificul funcţional al efectorului.

În cazul arcului reflex somatic, ultimul beneficiar este fibra musculară scheletică la nivelul căreia colina şi acetilul sunt folosite în alte scopuri în cadrul metabolismului. Rolul trofic al inervaţiei motorii s-ar putea să nu fie străin de acest aport material.

În afară de aceasta, existenţa ganglionilor vegetativi aduce serioase avantaje şi în alte direcţii. În primul rând se asigură disiparea comenzii unice, elaborată de centru, spre mai mulţi efectori prin aceea că axonul unui singur neuron central face sinapsa la nivelul ganglionilor cu mai mulţi neuroni terminali (circuite divergente)1. În al doilea rând, la nivelul arcurilor _____________

1 Gradul de divergenţă este mai ridicat pentru ganglionii simpatici comparativ cu cei parasimpatici

148

reflexe vegetative sau somato-vegetative, se poate asigura adecvarea timpului de latenţă2 la specificul funcţiei integrate de acestea prin ampla-sarea ganglionului la o distanţă mai mare sau mai mică de efector deci, prin lungimea diferită a porţiunii postganglionare amielinice care conduce impulsul cu viteză redusă. Găsim în aceasta o explicaţie plauzibilă a diferenţelor de lungime ale fibrelor postganglionare simpatice (mai lungi) şi parasimpatice (mai scurte), sau chiar la nivelul simpaticului care are ganglionii dispuşi atât la distanţă mare de efectori (ganglionii paravertebrali), cât şi la distanţă mică (ganglionii celiac, mezenterici). În al treilea rând dispunerea extranevraxială a ganglionilor simpatici asigură şi posibilitatea unei mai bune vascularizaţii a corpilor celulari ai neuronilor ganglionari care nu pot recicla acetilcolina întrucât mediaţia asigurată de ei este adrenergică. Nu poate fi exclusă nici ipoteza că o mai bună vascularizaţie ar servi şi ganglionilor parasimpatici întrucât, dată fiind divergenţa circuitelor la nivelul lor, aportul material pentru reciclare este redus, insuficient pentru producţia mai mare de mediator.

_____________ 2 Timpul scurs de la stimularea receptorului până la apariţia răspunsului la

nivelul efectorului

149

IX. ACTIVITATEA INTEGRATOARE

A ORGANELOR NERVOASE Deşi integrarea organismului este un proces unitar ea se realizează

prin mijlocirea unor organe nervoase distincte atât în ordinea anatomică, cât şi fiziologică. Caracterul unitar al integrării nu este, deci, expresia unei organizări difuze a sistemului nervos, ci rezultatul conlucrării unor subunităţi (organe) discrete ale acestuia, conlucrare ce devine posibilă graţie existenţei mai multor niveluri de interconectare neuronală sinaptică şi non-sinaptică, cel mai complex şi eficient fiind nivelul cortical.

IX. 1. Caracterul unitar al integrării Acesta are o dublă determinare: internă şi externă. Cea internă este

reprezentată de existenţa aceluiaşi plan de alcătuire (arcul reflex) şi funcţionare (actul reflex) pentru toate organele nervoase, iar cea externă de coexistenţă a mai multor tipuri energetice în acelaşi segment al ambianţei. Unitare în alcătuire şi funcţie, organele nervoase diferă între ele tocmai prin aceea că fiecare este specializat în realizarea integrării organismului în raport cu variaţiile unui anumit tip de energie din ambianţă (internă sau externă). Încât integrarea organismului nu trebuie concepută ca un proces de adecvare a acestuia la o ambianţă globală şi nedefinibilă, ci ca unul complex şi unitar constituit din adecvări distincte, concomitente şi/sau succesive ale organismului la variaţiile semnificative ale anumitor parametrii energetici ce definesc o ambianţă dată. Vom vorbi, astfel, de integrare termică, mecanică, fotonică şi chimică, fiecare implicând un organ nervos adecvat, şi vom atribui sintagmei „integrarea organismului” înţelesul de rezultantă procesuală a acestora, implicând totalitatea organelor nervoase din componenţa sistemului integrator. De aici rezultă că întregul sistem nervos este format doar din patru tipuri de organe nervoase care asigură integrarea organismului în raport cu variaţiile principalelor forme energetice din ambianţă.

Organizate pe baza arcurilor reflexe, organele nervoase prezintă două planuri structurale şi, deci, două niveluri de integrare: subcortical şi cortical, fără ca prin aceasta să fie afectat caracterul unitar al ansamblului. Cele două niveluri de integrare se realizează cu participarea unor centri diferiţi: subcorticali – care asigură promptitudinea răspunsului – şi corticali – care asigură calitatea acestuia. Diferenţele dintre centrii subcorticali şi corticali,

150

între care două sunt esenţiale – numărul şi calitatea aferenţelor şi eferenţelor, pe de o parte şi numărul şi calitatea interrelaţiilor (sinaptice şi non-sinaptice) dintre componentele lor neuronale, pe de altă parte –, conferă celor două niveluri ale integrării valenţe diferite.

La nivelul centrului subcortical se primesc aferenţe de la un număr redus şi limitat de receptori şi de la acest nivel pot fi transmise comenzi pe căi eferente directe la un număr corespunzător (dar nu egal) de unităţi efectoare. De asemenea, numărul relaţiilor din interiorul centrului este redus şi prestabilit, în sensul că, pentru o cale aferentă dată există o anumită cale eferentă, mereu aceeaşi. Din aceste motive, integrarea subcorticală este înnăscută, standardizată şi predictibilă. Prin numărul minim de neuroni ce se interpun între receptor şi efector, integrarea subcorticală asigură, în primul rând, promptitudinea răspunsului. La nivelul centrului cortical se primesc aferenţe de la toate formaţiunile receptoare şi de la acest nivel pot fi trimise comenzi, pe căi eferente directe şi/sau indirecte, la toţi efectorii (fig. 59).

Fig 59

Scoarţa cerebrală – sediul structurării modulare a organelor nervoase. AR – arii receptoare; A – arii asociative; AE – arii efectorii

Numărul relaţiilor interioare centrului cortical este atât de mare încât,

practic, el poate fi considerat nelimitat. Din acest ultim motiv, aria receptoare aparţinând unei căi aferente date poate intra în relaţie cu aria efectorie aflată la originea oricărei căi eferente. Deci, la nivel cortical organele nervoase primesc calitatea de organe cu structură modulară. Momentul şi modul realizării unor astfel de restructurări modulare sunt determinate de: a) circumstanţe; b) condiţionările reflexe prealabile şi

151

c) factori voliţionali (ce nu ţin de circumstanţe). Este de remarcat că determinarea circumstanţială vizează prezentul, ca existenţă trăită, cea condiţionată reflexă vizează trecutul, ca existenţă deja trăită, iar determinarea voliţională (în sens exclusiv) vizează viitorul, existenţă ce urmează a fi trăită.

La nivelul scoarţei cerebrale, ca loc comun al tuturor aferenţelor şi eferenţelor, se stabilesc relaţii sinaptice şi non-sinaptice în număr, practic, nelimitat. Asemenea relaţii sunt de cel puţin trei categorii: a) între ariile receptoare şi efectoare, prin care se asigură restructurarea permanentă a organelor nervoase; b) între diversele arii receptoare, prin care se realizează sinteza informaţiilor şi c) între diversele arii efectoare, prin care devine posibilă modularea activităţii efectorilor (Fig. 59). Concomitenţa şi/sau succesiunea unor astfel de relaţii determină complexitatea şi, prin aceasta, superioritatea funcţională a acestui centru nervos.

În toate cele trei categorii de relaţii un rol esenţial revine capacităţii centrului nervos de a stoca nu numai informaţia, ci şi experienţa acţională. Deşi terminologia nu satisface pe deplin realitatea, întrucât stocarea reprezintă procesul general de remanenţă a efectelor determinate de trecerea printr-un neuron chiar a unui singur potenţial de acţiune, ea va fi totuşi păstrată din raţiuni didactice. Deducem din toate acestea că, la rigoare, stocarea nu este un proces specific ariilor receptoare, ci unul comun tuturor ariilor corticale şi oricărui centru subcortical. Rămân de considerat, desigur, diferenţele de ordin cantitativ şi calitativ rezultate din „profunzimea” urmelor lăsate de trecerea unui potenţial de acţiune prin fiecare tip de neuron, respectiv din „durabilitatea” acestora în timp. Ca urmare, stocarea sau memorarea nu reprezintă apanajul exclusiv al neuronilor receptori, ci o însuşire comună tuturor neuronilor având, desigur, grade diferite de exprimare. În acest sens trebuie înţeles rolul major în memorare al zonei temporale şi hipocampului.

Deşi relaţii interneuronale – sinaptice şi non-sinaptice – au loc la nivelul oricărui centru nervos, numărul şi calitatea acestora sunt diferite. Superioritatea o deţine centrul cortical, întrucât, pe lângă faptul că la acest nivel sunt reprezentaţi toţi receptorii (ariile receptoare) şi toţi efectorii (ariile efectoare), aici se găseşte cel mai mare număr de neuroni de asociaţie, toate acestea însumând un număr maxim de legături sinaptice. Pe de altă parte, dispunerea neuronilor într-o geometrie plană (în suprafaţă) face posibilă iradierea excitabilităţii pe distanţe mult mai mari decât în cazul în care dispunerea acestora este în volum (formaţiunile nucleare subcorticale). Deşi cele două categorii de relaţii interneuronale – sinaptice şi nonsinaptice – diferă atât prin natura mecanismelor ce le stau la bază, cât şi prin gradul de

152

specificitate, ele se intercondiţionează şi, în acest mod, se presupun reciproc. Astfel, în timp ce depolarizarea într-un punct al scoarţei, determinată de o relaţie sinaptică generează un proces de iradiere a excitabilităţii, iradierea favorizează realizarea altor legături sinaptice. Cu toate că asemenea relaţii au, în aparenţă, un caracter întâmplător, ele se desfăşoară totuşi într-un mod ordonat. Dovadă în acest sens stă mecanismul condiţionării reflexe.

IX. 2. Condiţionarea reflexă Considerând două arii corticale receptoare – auditivă şi gustativă – ai

căror neuroni au potenţialele de repaus egale (acelaşi nivel al excitabilităţii), stimularea oricăreia dintre ele va determina în jur o iradiere a excitabilităţii fără nici o consecinţă preferenţială, independent de ordinea sau numărul stimulărilor. Dacă, însă, excitabilitatea ariei gustative este sporită (potenţialele membranale de repaus reduse) prin mijlocul natural al înfometării (fără însă a o exagera) atunci stimularea ariei auditive va duce la o iradiere preferenţială a excitabilităţii spre aceasta pe calea cea mai scurtă (în linie dreaptă). Explicaţia fenomenului constă în faptul că protonii aflaţi la faţa externă a neuronilor din aria gustativă, reţinuţi acum de un potenţial de repaus mai mic, vor fi mai uşor de dislocat de către câmpul electronegativ generat de aria auditivă depolarizată. O asemenea relaţie nespecifică, dar orientată prin iradierea preferenţială a excitabilităţii, va favoriza stabilirea unor relaţii sinaptice între neuronii situaţi pe drumul cel mai scurt dintre cele două arii. Dacă în timpul stimulării ariei auditive, la un interval mai scurt decât cel necesar realizării fenomenului de concentrare a excitaţiei (scăderea excitabilităţii), se va aplica şi un stimul alimentar atunci iradierea preferenţială va fi accentuată, ea petrecându-se concomitent din ambele direcţii. Încât, prin aplicarea repetată în acelaşi mod a celor doi stimuli se va accentua efectul favorabil asupra realizării relaţiilor sinaptice dintre neuronii dispuşi pe linia dreaptă dintre cele două arii receptoare. Ca urmare a procesului de stocare, accentuat prin repetări succesive ale stimulări, neuronii interpuşi între cele două arii vor păstra pentru un timp atât un nivel mai crescut al excitabilităţii lor, cât şi posibilitatea facilitării transmisiei sinaptice. În consecinţă, după mai multe asemenea asocieri între excitantul sonor şi cel alimentar, cu condiţia păstrării relaţiei temporale dintre aceştia, stimularea doar a ariei auditive va determina, prin iradiere şi facilitare sinaptică preferenţiale, o stimulare a ariei gustative, cu toate consecinţele ce decurg din aceasta (răspuns prin salivaţie). În acest mod între cele două arii corticale a luat naştere o legătură funcţională utilă

153

organismului întrucât excitantul sonor dobândeşte calitatea de semnal ce anunţă posibila satisfacere a necesităţii alimentare. Dacă timpul scurs între momentul aplicării excitantului sonor şi cel al aplicării excitantului alimentar este mai lung, dând posibilitatea realizării fenomenului de concentrare (excitabilitatea redusă în jur), o asemenea legătură funcţională nu poate fi realizată. Dacă după formarea unei astfel de legături, se aplică repetat doar excitantul sonor, fără cel alimentar, consecinţa va fi estomparea progresivă a iradierii preferenţiale şi, prin aceasta, reducerea facilitării relaţiilor sinaptice, condiţii în care legătura funcţională dispare (se stinge). Dispariţia acestei legături este ea însăşi o reflectare a realităţii: dispariţia relaţiei temporo-spaţiale dintre excitantul sonor şi aliment, acesta considerat nu ca stimul, ci ca obiect al satisfacerii unei necesităţi a organismului. Caracterul temporar al unor astfel de relaţii între ariile corticale este, deci, o reflectare a caracterului temporar al relaţiilor dintre obiectele, fenomenale şi procesele din realitatea obiectivă, pe de o parte şi dintre acestea şi necesităţile organismului, pe de altă parte. Disjuncţia este, desigur, formală întrucât însăşi reflectarea relaţiilor dintre obiectele, fenomenele şi procesele lumii obiective, ce nu par a avea vreo legătură cu interesele biologice ale organismului, are la bază tot satisfacerea unei necesităţi, anume aceea de cunoaştere, existentă şi la animale în formă primară a reflexului de investigare a ambianţei, cunoaştere ce nu are un scop în sine, finalitatea ei vizând extinderea adaptării în alt spaţiu ambiental şi/sau adâncirea adaptării în cel existent. De asemenea, este de remarcat efectul cunoaşterii în plan psihic: sentimentul de securitate, în absenţa căruia (nelinişte, teamă) integrarea însăşi este compromisă prin afectarea gravă a libertăţii de acţiune.

Pe de altă parte, caracterul temporar al legăturilor dintre ariile corticale aduce avantajul formării lor în număr nelimitat în timp, stingerea unora făcând posibilă realizarea altora. În fapt, stingerea nu înseamnă o ştergere totală a legăturii, aceasta lăsând „urme” cu o anumită persistenţă în timp. Un neuron care a participat o singură dată la realizarea unei legături temporare, după stingerea acesteia nu revine integral la starea iniţială, nu mai este identic cu el însuşi. Aceasta face ca la o nouă participare comportamentul lui să fie diferit de cel iniţial. Este ca şi cum neuronul ar dobândi o anume „experienţă” funcţională cu efecte pozitive asupra noilor legături la care acesta va participa. Judecând lucrurile la nivelul scoarţei cerebrale în ansamblul ei vom putea conchide afirmând că sporirea calitativă a activităţii acesteia este posibilă tocmai prin solicitarea ei optimă la formarea de noi legături între ariile sale, legături care, în anumite condiţii,

154

se pot stinge ca manifestări, dar nu se pot şterge ca engramări. Noile legături ce se formează nu se substituie celor ce s-au stins, ci ele se „suprapun” peste engramările neşterse ale acestora. Întrucât caracterul temporar al legăturilor vizează numai planul fenomenologic, formarea de noi legături are semnificaţia unei îmbogăţiri a scoarţei cu noi şi superioare posibilităţi funcţionale şi nicidecum pe aceea a unor simple substituiri fără nici un profit.

Realizarea unei astfel de legături temporare între două sau mai multe arii corticale este, deci, condiţionată de existenţa unei anumite relaţii temporo-spaţiale între doi sau mai mulţi stimuli din realitatea obiectivă, dintre care unul are o semnificaţie majoră pentru organism în momentul respectiv. Cum dintre cele două condiţionări – internă (semnificaţia pentru organism) şi externă (relaţia temporo-spaţială dintre stimuli) – rolul esenţial îl deţine cea dintâi, se înţelege că formarea oricărei legături temporare la nivel cortical este posibilă numai atunci când orgasismul reclamă satisfacerea unei anumite necesităţi, deci, numai atunci când există o motivaţie. După cum s-a văzut mai sus, expresia fiziologică la nivel cortical a motivaţiei este reprezentată de nivelul ridicat al excitabilităţii unei anumite arii.

În pofida existenţei acestor delimitări obiective şi precise persistă încă, din nefericire, tendinţa de a confunda procesele inductive cu legătura temporară condiţionată motivaţional. Astfel, se vorbeşte încă despre posibilitatea elaborării unor reflexe senzorio-senzoriale, ca forme ale unei condiţionări intermodale (între un stimul auditiv şi unul luminos, cu efecte asupra receptării celui din urmă) sau intramodale (în lungul căilor aferente, dar şi la nivelul ariilor corticale, un grupaj de semnale actuale dobândeşte calitatea de semnal condiţional pentru semnalele ce vor urma). Sunt aduse în sprijin chiar şi dovezi experimentale. Astfel, prin asocierea unui stimul sonor cu unul luminos a fost obţinută modificarea sensibilităţii vizuale, ca o formă a condiţionării reflexe. În mod similar, stimularea unui număr redus de celule dintr-un câmp receptor dat modifică pragul de sensibilitate al celorlalte celule din acelaşi câmp dacă acestea sunt stimulate la un anumit interval de timp după stimularea celor dintâi. După cum bine s-a intuit, în aceste cazuri nu este implicată condiţionarea, ci doar relaţia de tip non-sinaptic dintre corpii celulari (modificări ale excitabilităţii provocate de iradierea şi concentrarea în centri nervoşi), respectiv dintre fibrele nervoase vecine (transmiterea efaptică).

155

X. PRIVIRE GENERALĂ ASUPRA ANALIZATORILOR Organele nervoase modulare au două părţi componente – de

informare şi de comandă – care interrelează în mod nestandardizat la nivel cortical. Componenta de informare, alcătuită dintr-o anumită categorie de formaţiuni receptoare (segment periferic), din totalitatea căilor de conducere în sens aferent (segment intermediar) şi din aria corticală pe care acestea se proiectează (segment central) poartă numele de analizator. Deşi toţi analizatorii au acelaşi plan de organizare şi finalitate comună, diferenţele dintre ei sunt remarcabile. Acestea îşi au originea în gradul înalt de specializare şi adecvare a fiecăruia în raport cu natura energetică, intensitatea şi semnificaţia stimulilor specifici. Specializarea vizează toate cele trei segmente ale analizatorului, desigur, în grade şi modalităţi diferite.

Segmentele periferice – implicând formaţiunea receptoare şi formaţiunile auxiliare – sunt de patru categorii după specializarea lor în recepţia stimulilor luminoşi, termici, mecanici şi chimici. În cadrul fiecărei categorii se disting două sau mai multe variante de receptori departajate prin nivelul excitabilităţii, deci, prin adecvarea la sesizarea unor intensităţi mai mari sau mai mici ale stimulilor. Adecvarea în raport cu intensitatea stimulilor nu trebuie considerată ca un răspuns adaptativ linear al organismului la acţiunea unor stimuli de intensităţi diferite, aşa cum există ei în realitatea ambientală. Expresia „adecvarea în raport cu intensitatea” este nepotrivită adevărului pe care trebuie să îl definească, utilizarea şi în continuare fiind doar o consecinţă a inerţiei limbajului ştiinţific. De altfel, nici nu există o relaţie lineară între numărul variantelor de receptori cu excitabilităţi diferite şi întreaga gamă a intensităţilor reale ale stimulilor din mediu, măsurate cu instrumente speciale. Formaţiunile receptoare ale analizatorilor sunt astfel structurate încât să „extragă” din plaja intensităţilor reale un domeniu mai extins ori mai restrâns în strânsă dependenţă de semnificaţia (importanţa) acestuia pentru viaţa organismului. Două exemple în acest sens vor fi edificatoare. În cadrul categoriei chemoreceptive există mai multe variante: a) care „extrag” şi convertesc în potenţiale de acţiune doar o mică parte din plaja intensităţilor reale ale stimulului, în acest scop formaţiunea receptoare având excitabilitatea

156

redusă, aşa cum este cazul mugurilor gustativi; b) care „extrag” şi convertesc o parte mai mare din plaja de intensităţi, excitabilitatea lor fiind mai ridicată, cum este cazul celulelor olfactive (neuroni); c) care convertesc integral intensitatea reală a anumitor stimuli chimici (exceptând pierderile inerente), excitabilitatea lor fiind maximă, aşa cum este cazul multor chemoreceptori din zonele reflexogene (interoceptori). Deşi în categoria mecano-receptorilor se întâlnesc mult mai multe variante, al doilea exemplu pe care îl oferim este al categoriei fotoreceptorilor. Pe lângă existenţa a două variante de celule receptoare – cele cu conuri pentru intensităţi mari ale luminii şi cele cu bastonaşe pentru intensităţi mici –, deosebite între ele nu atât prin excitabilitatea membranelor, cât prin nivelul diferit al fotosensibilităţii pigmenţilor proprii, pe lângă toate acestea, segmentul periferic este astfel organizat încât să producă o masivă reducere a intensităţii stimulului luminos înainte de impactul cu celula receptoare. Încât conurile şi bastonaşele nu primesc lumina incidentă, ci pe cea reflectată de stratul pigmentar, mult diminuată în intensitate. Situaţia este similară şi în privinţa calităţii stimulului. Astfel, din gama largă de valori ale anumitor unde electromagnetice receptorul vizual „extrage” doar frecvenţele cuprinse între 397 mµ şi 723mµ, iar cel auditiv din gama largă a sunetelor doar pe cele cu frecvenţe cuprinse între 16 şi 20.000 Hz.

Analizatorii se disting unii de alţii şi prin codificarea diferită a mesajelor specifice. Cu toate că există numeroase date experimentale care confirmă acest lucru, ştiinţa este încă departe de momentul descifrării sintaxei şi semanticii acestor modalităţi de comunicare. Deşi unitatea elementară cu care se operează în procesul codificării este potenţialul de acţiune, acesta nu are valoare informaţională în sine. Aceasta se dobândeşte numai prin gruparea a două sau mai multe potenţiale, separate prin intervale a căror durată este un multiplu al duratei unui singur potenţial de acţiune. Dacă vom considera că o fibră nervoasă are labilitatea de 500c/s, atunci durata fiecărui potenţial de acţiune va fi de 2ms. Pentru un interval arbitrar de 20ms, două sau mai multe potenţiale de acţiune se pot grupa într-o gamă foarte largă de modalităţi care, transpuse în sistemul binar, pot sugera diferite informaţii (fig. 60).

Cum labilitatea este o caracteristică ce diferă de la un neuron la altul ea poate fi considerată ca unul dintre elementele ce contribuie la diferenţierea codurilor transmise pe canalele purtătoare. Un alt element de diferenţiere poate fi amplitudinea potenţialului de acţiune care, deşi constantă pentru o prelungire dată, diferă de la o fibră la alta.

157

Modalităţile de grupare (codificare) a potenţialelor de acţiune la nivelul prelungirilor neuronale sunt diferite. Pe axon gruparea este decisă atât de membrana somei, care funcţionează ca sumator-integrator, cât şi de ansamblul format de conul de emergenţă şi primul nod care deţine rolul de convertor, de fapt un filtru de amplitudini, pragul inferior fiind determinat de lungimea segmentului cuprins între conul de emergenţă şi primul nod, iar cel superior de valoarea potenţialului de repaus al axolemei, constantă pe toată lungimea axonului.

La nivelul dendritei gruparea (codificarea) se face în două moduri,

după cum aceasta se află sau nu în relaţie sinaptică cu un alt neuron. În primul caz, dendrita receptează neurotransmiţătorul eliberat de un buton axonal presinaptic se recodifică (regrupează) în raport cu tipul chimic, cantitatea şi modul de eliberare ale acestuia, predeterminate de neuronul situat anterior. În al doilea caz, formând ea însăşi receptorul, sau intrând în alcătuirea acestuia, dendrita va realiza o codificare primară, grupând potenţialele în raport cu două categorii de factori: a) intrinseci, reprezentaţi de excitabilitatea specifică (densitatea canalelor ionice) şi de moment (gradul de fermitate a închiderii canalelor ionice şi nivelul activităţii pompei de Na+ - K+) a membranei şi b) extrinseci, reprezentaţi de modul de aplicare (brusc sau lent) şi durata acţiunii stimulului specific. Încât, într-un circuit neuronal, aşa cum este cel dispus între formaţiunea receptoare şi segmentul cortical – cu una sau mai multe staţii sinaptice pe parcurs –,

Fig. 60 Modalităţi de

codificare pe canalul purtător

158

codificarea (gruparea) se realizează la cel puţin trei niveluri valorice: a) primar, în cadrul receptorului; b) secundar, la staţiile sinaptice intermediare şi c) final, în cadrul ariei corticale. Valorile diferite ale celor trei niveluri de codificare (recodificare) sunt determinate de numărul intrărilor pe fiecare corp celular: cei ai protoneuronilor nu deţin alte sinapse (intrări), cei intermediari deţin un număr mic de sinapse, iar cei corticali un număr maxim de sinapse.

Necesitatea unei codificări la nivelul formaţiunilor receptoare este în afara oricărui dubiu. Formaţiunile receptoare nu sunt însă componente binare capabile să informeze doar despre prezenţa sau absenţa stimulilor, ci subsisteme cu mai multe stări posibile, în măsură să ofere informaţii şi despre aspectele cantitative (intensităţii) şi calitative (nuanţe ale stimulilor). Atât intensităţile, cât şi nuanţele, semnificative pentru organism, care sunt „extrase ”ca utile din cele reale, variază pentru fiecare categorie de receptori în limite atât de largi încât unul şi acelaşi senzor celular nu le poate acoperi în întregime. Din aceste motive, formaţiunea receptoare a majorităţii segmentelor periferice este alcătuită din mai multe tipuri de senzori celulari, fiecare fiind capabil să extragă un anumit domeniu din plaja largă a intensităţilor şi nuanţelor proprii stimulilor semnificativi. Mai mult chiar, unii senzori individuali sunt activaţi numai de începerea acţiuni stimulului, iar alţii numai de încetarea acesteia. Încât, formaţiunea receptoare a unui anumit analizator nu este omogen constituită, ci ea reprezintă un ansamblu unitar de mai multe tipuri de senzori celulari care se disting prin limitele discrete ale capacităţii lor de recepţie cantitativă (fig. 61) şi calitativă (fig. 62).

Fig. 61Heterogenitatea în plan cantitativ a formaţiunii mecanoreceptoare din

tegument. 1. terminaţii nervoase libere; 2. discuri Merkel; 3. corpusculi Meisner; 4. corpusculi Vater-Pacini

159

Se poate afirma, astfel, că procesul de codificare la nivelul unei

anumite formaţiuni receptoare este realizat secvenţial prin contribuţia separată a mai multor tipuri de senzori celulari, fiecare generând o anumită informaţie. Pentru ca aceste secvenţe informaţionale să alcătuiască un mesaj este necesar ca ele să dobândească, prin integrare spaţio-temporală şi nu prin simplă sumare, calitatea de structură unitară. Întrucât, atât senzorii celulari, cât şi căile lor de conducere sunt formaţiuni separate (influenţele reciproce dintre acestea la nivelul segmentului periferic, respectiv de conducere neavând valoare integrativă în sine), integrarea spaţio-temporală nu este posibilă decât la nivelul segmentelor centrale. Abia la aceste niveluri şi în acest mod codificarea secvenţială de la periferie dobândeşte valoarea de mesaj. Având în vedere că la nivelul centrului cortical se găsesc ariile de protecţie ale tuturor formaţiunilor receptoare, ca zone în care se constituie mesajele şi, că tot aici, sunt posibile cele mai numeroase şi mai variate relaţii sinaptice şi non-sinaptice, inclusiv cu depozitele de engramare, putem conchide afirmând că aceste mesaje, la rândul lor, vor fi integrate tot aici în structuri semantice de ordin superior.

Dacă secvenţele informaţionale provenite de la senzorii celulari periferici se pot structura în mesaje prin integrare temporo-spaţială la nivelul centrului cortical, atunci şi la nivelul centrilor subcorticali, unde fac staţie sinaptică segmentele de conducere, pot avea loc structurări ale informaţiilor întrucât şi aici există integrare pe baza aceloraşi relaţii sinaptice şi non-sinaptice între corpii celulari. Însă, deoarece la nivel

Fig. 62Heterogenitatea în plan calitativ a formaţiunii mecanoreceptoare din

urechea internă

160

subcortical nu ajung decât o parte din secvenţele informaţionale actuale şi probabil, engramate, structura constituită aici va fi mai săracă în conţinutul ei specific şi, prin aceasta, limitată în potenţialităţile sale privitoare la integrarea organismului.

Mesajele constituite prin integrarea la nivel cortical se traduc pe plan subiectiv prin senzaţii conştientizate discret (când este implicat neocortexul receptor) sau conştientizate difuz, în forma unor stări generalizate (când este implicat paleocortexul). Cum la originea senzaţiilor se află stimulii din mediu (extern sau intern), iar conţinutul acestora din urmă este dat de abaterile de la valorile optime ale parametrilor fizici şi chimici ai ambientului, se poate spune că orice senzaţie reprezintă, în ultimă analiză, un semnal prin care centri nervoşi corticali sunt avertizaţi asupra pericolului de afectare a homeostaziei organismului pe o direcţie sau alta, deci, asupra pericolului creşterii nivelului entropiei sale.

De la început trebuie subliniată diferenţa dintre homeostazie şi entropie. În vreme ce homeostazia este o mărime ce caracterizează starea sistemului, entropia este o mărime ce caracterizează evoluţia lui. Desigur, analizatorii sunt formaţiuni ce deservesc în mod direct starea organismului şi, abia în mod indirect şi prin aceasta, evoluţia lui în timp. Abordată din acest unghi de privire, senzaţia, care ia naştere la nivel cortical prin integrare superioară, conţine în ea nu numai informaţii privitoare la locul, natura şi valoarea abaterii unui parametru fizic sau chimic din mediu (intern sau extern), ci şi „indicii” privitoare la locul, natura şi valoarea răspunsului prin care aceasta poate să fie corectată (dobândite prin experienţă şi stocate în memorie). Spunem „indicii” şi nu „indicaţii” întrucât, pentru abaterea unui anumit parametru există, în funcţie de circumstanţe, mai multe posibilităţi de corectare, directe sau indirecte. Tocmai în legătură cu acest ultim aspect are loc la nivel cortical cuplarea unei arii receptoare cu una sau alta dintre ariile efectoare, adică modularea organelor nervoase, ca expresie a posibilităţilor de autoorganizare.

161

SECŢIUNEA a III- a

COMPONENTA ENDOCRINĂ A SISTEMULUI INTEGRATOR

XI. INTEGRAREA ENDOCRINĂ

Faptul că modalitatea neurală de integrare a organismului a apărut în cursul evoluţiei după cea endocrină nu trebuie să conducă la concluzia greşită că şi subsistemele nervos şi endocrin au apărut şi s-au dezvoltat în aceeaşi succesiune. La celenterate, ca prime organisme pluricelulare, la care apare pentru prima oră celula nervoasă – până aici ea nefiind necesară – găsim un sistem nervos în plină organizare care evoluează rapid de la forma de reţea difuză de neuroni la forma superioară ganglionară, cu centri şi circuite constituite, dar nu găsim încă un sistem endocrin organizat pe bază de glande constituite şi interrelate. Modalitatea endocrină de integrare se realizează însă la un nivel inferior în forma sistemului difuz de organizare, cu eficienţă redusă. Abia dezvoltarea în continuare a subsistemului nervos se va însoţi şi de o dezvoltare corespunzătoare a celui endocrin, dar aceasta nu ca o determinare în baza intereselor celui dintâi, ci ca o consecinţă a creşterii gradului de complexitate a organismului care „pretinde” un sistem integrator unic – neuroendocrin – dezvoltat pe măsură. Încât cele două subsisteme nu au o evoluţie paralelă, ca două entităţi distincte şi interrelate, ci o evoluţie unitară, ca două componente ale unei singure entităţi: sistemul integrator.

XI. 1. Mesajul hormonal Unul din aspectele majore ce diferenţiază subsistemul endocrin de cel

nervos este insinuarea purtătorului de mesaj – hormonul – la nivelul fiecărei celule. Dacă oricare celulă din organism, inclusiv cea nervoasă şi endocrină, reprezintă o ţintă, un „efector” în cadrul unui „arc reflex hormonal”, aceasta nu înseamnă nici că fiecare celulă este un loc comun pentru toţi hormonii, nici că fiecare celulă răspunde la acţiunea unui singur hormon. Dacă fiecare hormon este un purtător de mesaj, valoarea semantică a acestuia nu este predeterminată ca atare în purtător, ci ea rezultă ca o formă de „descifrare” numai în urma interacţiunii dintre acel hormon şi receptorul celular care este în acelaşi timp şi iniţiatorul unui

162

anumit tip de răspuns din partea celulei. Pentru simplificare, putem considera macromolecula receptoare ca având doi poli funcţionali: unul de intrare, de primire a mesajului, la care se leagă stereospecific un anumit hormon şi unul de ieşire, de iniţiere a unui anumit răspuns celular. Între natura şi specificul celor doi poli ai aceluiaşi receptor nu este justificată o relaţie de determinare uni-sau biunivocă în interiorul macromoleculei, ci, mai degrabă, o determinare unilaterală, dar complexă, dinspre interesele sistemului integrat în ansamblul său. Încât, mai mulţi receptori aflaţi pe celule diferite (sau chiar pe aceeaşi celulă) pot fi identici la nivelul polului de intrare, toţi având stereospecificitate pentru acelaşi hormon şi diferiţi la nivelul polului de ieşire, fiecare declanşând un alt răspuns, identici prin polul de ieşire şi diferiţi prin cel de intrare, obţinându-se acelaşi răspuns celular la acţiunea unor hormoni diferiţi, precum şi receptori cu un singur pol de intrare (sau ieşire) şi mai mulţi poli de ieşire (sau intrare). Nu insistăm asupra unor dovezi indirecte ce ar putea fi aduse în sprijinul celor de mai sus, ele fiind prea numeroase. Subliniem însă faptul că, din această perspectivă, trebuie reconsiderate atât natura, cât şi finalitatea raporturilor dintre integrat şi integrator şi aceasta nu numai în sfera endocrină.

XI. 2. Secreţia de hormoni Procesul de secreţie cuprinde două faze: a) sinteza produsului şi

b) eliberarea produsului sintetizat. În cele mai multe cazuri este intercalată şi o fază de stocare, în timpul căreia produsul abia sintetizat suferă un proces necesar de „maturare”, de îmbunătăţire calitativă. Când, din anumite motive, o formaţiune secretorie este suprasolicitată ea îşi va intensifica sinteza şi eliberarea scurtând însă până la anulare timpul necesar maturării. În aceste condiţii se va elibera un produs de calitate inferioară, cu toate consecinţele ce decurg din aceasta.

Principial, oricare celulă se poate dovedi capabilă de secreţie „hormonală”, desigur, cu diferenţele cantitativ-calitative de rigoare. S-ar putea invoca împotriva acestei ipoteze lipsa unei determinări genetice în acest sens la majoritatea celulelor. Desigur, la celulele specializate în producerea de hormoni genomul conţine factori determinanţi atât biochimic cât şi funcţional. Aceasta nu exclude însă posibilitatea ca şi celelalte tipuri celulare să deţină asemenea determinanţi într-o exprimare cantitativ-calitativă mai modestă chiar dacă numai ca forme genetice ancestrale ale etapelor preneuronale ale evoluţiei când integrarea era realizată difuz, exclusiv prin această modalitate. De altfel, modalitatea endocrină de integrare este unanim acceptată într-o formă atât organizată (glandulară), cât şi difuză (tisulară).

163

Practic, capacitatea de a secreta hormoni sau produşi cu acţiuni similare a fost dovedită pentru quasitotalitatea tipurilor celulare, de la cele epiteliale (endotelinele) şi fibrele musculare cardiace (factorul natriuretic) şi până la limfocite (interleukine) şi neuroni (cibernine).

XI. 3. Nivelurile de organizare a subsistemului endocrin Există două niveluri de organizare a acestui subsistem: a) nespecific,

difuz, cuprinzând quasitotalitatea tipurilor celulare din organism care nu au ca funcţie principală producţia de hormoni şi care nu se asociază în formaţiuni glandulare delimitabile anatomic şi b) specific, cuprinzând celulele de diverse origini care au ca funcţie principală producţia de hormoni şi care se asociază în formaţiuni delimitabile anatomic şi funcţional.

Nivelul difuz sau nespecific de organizare, considerat în ansamblu, nu poate fi subdivizat nici după criteriul calităţii produşilor de secreţie, nici după acela al distribuţiei topografice. Întrucât aceşti hormoni, sau produşii similari lor, nu sunt eliberaţi în sânge sau limfă, ci reprezintă mijloace celulare de comunicare şi intercondiţionare funcţională la nivel local, realizate pe arii şi în domenii foarte restrânse, diversitatea lor biochimică este redusă şi foarte puţin variabilă de la un teritoriu la altul. În primul rând, aceşti hormoni locali cu acţiune pe distanţe mici, permit celulelor să-şi condiţioneze reciproc valoarea metabolismului, cel mai probabil, prin influenţarea nivelului intrărilor şi ieşirilor prin membrana periplasmatică. Necesitatea unei asemenea condiţionări este imperioasă pentru populaţiile celulare aparţinând aceluiaşi ţesut deoarece toate celulele realizează schimburi aproape identice cu un partener comun, lichidul interstiţial. În al doilea rând, prin hormonii locali sau substanţe omoloage acestora, celulele vecine îşi limitează expansiunea prin diviziune asigurând ţesutului o creştere şi o dezvoltare unitare şi optime. Acest proces poate fi influenţat, în mare măsură, de hormonii nivelului specializat, dar nu poate fi determinat de aceştia. În fine, într-o modalitate mai complexă, prin hormonii locali celulele se „alertează” reciproc atunci când ajung în anumite stări limită. O altă particularitate a acestui nivel de organizare este autonomia funcţională, în sensul că secreţia hormonală difuză nu este supusă nici unui control exterior zonei considerate, ci ea este autoreglată chiar prin intermediul şi în cadrul raporturilor reciproce dintre celulele vecine. Această autonomie vizează doar controlul secreţiei (reglajul) şi ea nu înseamnă nicidecum o izolare faţă de posibilele influenţe exterioare zonei. Pe lângă utilitatea practică a acestei autonomii în procesele de reglare locală este de remarcat semnificaţia ei teoretică. Integrarea organismului nu este, deci, rezultatul dirijării pas cu pas a unor componente „ignorante” şi, din acest motiv, total

164

nelibere, ci consecinţa armonizării algoritmilor de funcţionare a unor subsisteme „iniţiate” şi, din acest motiv, gradual libere în raport cu întregul.

Nivelul specific de organizare a subsistemului endocrin este unitar, în primul rând prin finalitatea comună a tuturor produşilor secretaţi – integrarea în plan superior a organismului –, deşi una de interes general şi nu local şi în al doilea rând prin alcătuirea lui din formaţiuni glandulare distincte care au ca funcţie principală secreţia de hormoni. Din aceste motive toţi hormonii acestui nivel sunt eliberaţi în sânge prin intermediul căruia sunt distribuiţi unui număr mare de beneficiari celulari. Hormonii nivelului specific sunt produşi şi eliberaţi în cantităţi superioare celor ai nivelului difuz care au beneficiari puţini şi apropiaţi şi care nu se diluează în întreaga masă sanguină. Pe de altă parte, alcătuirea din mai multe şi diverse formaţiuni glandulare impune cu necesitate o structurare şi o integrare perfecte în interesul nivelului, întrucât responsabilitatea armonizării părţilor în cadrul organismului şi a acestuia în ambient nu poate fi asumată decât de un sistem cu o ordine interioară corespunzătoare. Structurarea ca sistem a acestui nivel de organizare generează o anume ierarhizare a formaţiunilor secretorii, una dintre ele dobândind rol primordial nu numai în raport cu celelalte, ci şi în raport cu întregul (subsistemul endocrin). După cum bine s-a intuit, acest rol revine hipofizei şi tot prin intermediul ei se va realiza joncţiunea esenţială dintre componentele nervoasă şi endocrină ale sistemului integrator unitar.

Unitatea dintre cele două niveluri de organizare a subsistemului endocrin – difuz (nespecific) şi organizat (specific) – se bazează, în primul rând pe comunitatea finalităţii – integrarea – şi a mijloacelor – hormonii sau produşii similari acestora – şi, abia în al doilea rând, pe relaţii funcţionale reciproce. S-a subliniat mai sus că nivelul difuz este autonom dar nu şi izolat. Lipsa unui control direct şi permanent din partea hipofizei nu conferă independenţă funcţională sistemului difuz, ci doar libertate de acţiune, şi aceasta limitată; limitată însă nu de hipofiză, ci de interesele generale ale organismului privind integrarea. În ultimă analiză, hormonii produşi de cele două niveluri de organizare sunt mesageri diferiţi care au aceeaşi destinatari – celulele organismului –, reuniţi în jurul unui interes comun – integrarea. Relaţia celor două niveluri este mai mult una de complinire funcţională.

XI. 4. Structura subsistemului endocrin Relaţiile semnificative dintre părţile (glandele) ce compun sistemul

endocrin, a căror totalitate dă conţinut structurii acestuia, se ţes în două planuri: unul direct, prin acţiunile anumitor hormoni asupra anumitor

165

glande endocrine şi unul indirect, mediat de efectele produse de hormoni asupra ţesuturilor şi organelor efectoare.

În cadrul relaţiilor directe, care au caracter selectiv – deci organizat –, vom menţiona, în primul rând, datorită importanţei, influenţa hormonilor hipofizari asupra tuturor glandelor endocrine, inclusiv asupra hipofizei. Întrucât afirmaţia, raportată la ceea ce se susţine în prezent poate şoca, suntem obligaţi la o detaliere.

Deşi secreţia, ca funcţie specifică pentru glandele endocrine, este unitară în conţinut şi finalitate, totuşi, cele două procese care o compun – sinteza şi eliberarea produşilor sintetizaţi – se bucură de o anumită autonomie, fără ca, prin aceasta, caracterul unitar să dispară. Sinteza hormonului, pentru oricare glandă, este un proces anabolic, dependent de catabolism doar sub aspect energetic. Ca urmare, ea este condiţionată, în primul rând, de aportul sanguin de materie primă şi energie, deci, de starea vascularizaţiei şi frecvenţa cardiacă prin care se asigură un anumit debit circulator local. Ori, atât vasomotricitatea cât şi ritmul cardiac sunt supuse controlului direct al hipofizei şi, prin consecinţă, nici o glandă nu se poate sustrage acestui control, nici chiar hipofiza. De aici concluzia că secreţia oricărei glande este controlată sub aspectul sintezei hormonale de hipofiză. Alta este problema eliberării produşilor sintetizaţi. Hormonii, fiind substanţe extrem de active, eliberarea lor din stocuri este oportună numai în anumite momente şi circumstanţe şi, prin urmare, ea nu are nici o legătură pe acest plan cu procesul sintezei lor, doar în măsura în care aceasta limitează disponibilitatea la eliberare. Ca urmare, eliberarea hormonilor este decisă de alţi factori decât cei care decid asupra sintezei lor. Din acest punct de vedere independenţa eliberării este totală, atâta vreme cât sinteza îi poate face faţă. Din acest motiv şi mecanismele care controlează eliberarea sunt total diferite de cele care controlează sinteza. Când se vorbeşte de independenţa unor glande endocrine faţă de controlul hipofizar se are în vedere, de fapt, doar eliberarea, nu însă şi sinteza. Că între eliberare şi sinteză există o relaţie metrabolică, în sensul că golirea stocurilor stimulează sinteza, aceasta este o altă chestiune care nu schimbă esenţa problemei. Deci, toate glandele endocrine sunt subordonate hipofizei în planul sintezei hormonilor, dar nu toate i se subordonează în planul eliberării acestora. Chestiunea, deşi aparent neimportantă, este esenţială pentru înţelegerea problemei integrării organismului, întrucât pentru aceasta este importantă eliberarea hormonilor în cantitate potrivită şi la momentul oportun şi mai puţin importantă modalitatea prin care glanda îşi rezolvă problema stocurilor. Pentru a încheia, vom remarca faptul că mirarea în

166

legătură cu afirmaţia de mai sus, potrivit căreia hipofiza controlează activitatea oricărei glande endocrine, este de sorginte terminologică, majoritatea dintre noi neglijând faptul că secreţia este un proces dual: sinteză şi eliberare.

Tot în cadrul relaţiilor directe dintre glande se includ şi influenţele exercitate de cei mai mulţi hormoni asupra hipofizei, în primul rând, de hormonii a căror eliberare este controlată de stimulinele hipofizare. Deşi mecanismele intime prin care se realizează influenţa hipofizei nu sunt bine cunoscute, este cert rolul retroaferent al acestor hormoni faţă de hipofiză ca glandă coordonatoare. Dacă, în circumstanţe ce nu interesează la acest moment, hipofiza comandă printr-o stimulină eliberarea unui hormon dintr-o anumită glandă, concentraţia realizată de acesta în sânge va permite hipofizei „să afle” dacă şi în ce măsură comanda a fost executată, pentru ca astfel să poată interveni corector în caz de abateri. Când în sângele venit la hipofiză concentraţia hormonului este inferioară celei comandate, hipofiza va elibera o nouă cantitate de stimulină (feed-back pozitiv), iar când aceasta este superioară comenzii hipofiza va opri eliberarea stimulinei respective (feed-back negativ) şi, dacă abaterea este majoră, va pune în libertate o altă stimulină destinată unei glande ce va elibera, la rândul ei, un hormon cu acţiune antagonică celui dintâi.

În fine, ţinând tot de relaţiile directe, sunt de considerat influenţele hormonale exercitate între anumite glande periferice. Acestea nu sunt întâmplătoare şi nici facultative, ci ele se integrează în structura specifică subsistemului. Unele dintre ele au la bază acţiunile a doi hormoni asupra laturilor opuse ale unui proces unitar – aşa cum este cazul insulinei (hipoglicemiant) şi cortizolului (hiperglicemiant) –, altele, acţiuni hormonale unilaterale mai greu de analizat în esenţa lor, fiind prea puţin cunoscute – aşa cum este cazul influenţei hormonilor epifizari asupra secreţiei endocrine a gonadelor.

În cadrul relaţiilor indirecte, mult mai generale şi, uneori, mult mai subtile, se includ influenţele reciproce sau unilaterale exercitate nu prin intermediul hormonilor, ci al consecinţelor determinate de acţiunile acestora. Asemenea relaţii sunt valabile pentru toate formaţiunile secretorii, desigur, cu particularizările de rigoare. Ele constituie fondul general pe care se grefează relaţiile directe dintre glande, ambele categorii contribuind la realizarea unităţii structurale a subsistemului endocrin, a sistemului integrator neuroendocrin şi a organismului în ansamblul său. Din numeroasele exemple selectăm pe cel mai cunoscut. Provocată de un exces temporar de insulină hipoglicemia ca atare exercită un efect stimulator atât asupra celulelor secretoare de glucagon şi a corticosuprarenalei, care vor

167

elibera hormoni cu acţiune hiperglicemiantă, cât şi asupra adenohipofiziei care va elibera stimulinele specifice cu acţiune sinergică acestora.

XI. 5. Arcul şi actul reflex endocrin Deşi extrapolarea terminologică poate părea forţată, totuşi, la nivel de

principiu organizarea şi funcţionarea subsistemului endocrin sunt identice cu organizarea şi funcţionarea subsistemului nervos. Şi aici suntem în faţa unor autentice arcuri şi acte reflexe (fig. 63).

Hipofiza îndeplineşte un dublu rol: de receptor şi de centru. Stimulii

sunt aduşi aici de sângele aferent şi sunt reprezentaţi de variaţiile semnificative ale anumitor parametri ce caracterizează mediul intern, faţă de care hipofiza manifestă sensibilitate directă. În conformitate cu natura şi mărimea abaterii (variaţiei), hipofiza – în calitate de centru endocrin superior – emite o comandă adecvată prin eliberarea în sângele eferent a unei stimuline care, însă, nu se adresează direct efectorului, ci unei anumite glande periferice cu valoare de centru subordonat şi abia aceasta va transmite comanda finală prin eliberarea unui hormon propriu în sângele ce o părăseşte şi care are destinaţie, de regulă, multiplă, spre mai mulţi efectori tisulari. După executarea comenzii de către efector, hipofiza, în calitate de centru endocrin de rang superior, primeşte, prin acelaşi vas aferent, dar la a doua trecere a sângelui prin glandă, retroinformaţii în baza cărora „constată” dacă şi în ce măsură şi-au făcut datoria atât glanda periferică – prin concentraţia hormonului acesteia în sânge -, cât şi efectorul – prin gradul de corectare a abaterii parametrului implicat. După cum uşor se

Fig. 63 Schema arcului reflex endocrin.

CAF – cale aferentă; HF – hipofiză; CEF – cale eferentă; GP – glandă periferică; EF – efector; CAFI – cale aferentă inversă; CH – concentraţia plasmatică a hormonului eliberat de glanda periferică; PSM – parametru sanguin modificat prin acţiunea efectorului

168

poate constata, ne aflăm în faţa unui autentic arc reflex, cu toată procesualitatea lui specifică. Existenţa unor modalităţi de lucru identice în principiu nu reprezintă un argument în susţinerea strânsei colaborări dintre cele două subsisteme, ci dovada clară a unicităţii sistemului integrator neuroendocrin. Nu trebuie uitat nici faptul că atât celula endocrină, cât şi neuronul sunt, în fond, celule secretorii.

XI. 6. Timpul reflex în integrarea endocrină Dacă o serie întreagă de aspecte specifice desfăşurării unui „act reflex

endocrin” sunt situate valoric mult sub cele specifice actului reflex nervos, aceasta nu trebuie să conducă la concluzia greşită ca cele două tipuri de activitate reflexă se află pe paliere evolutive diferite. După cum s-a precizat mai sus, evoluţia celor două subsisteme nu a fost succesivă, ci concomitentă, subsistemul neural nefiind o alternativă a celui endocrin. Superioritatea în plan funcţional a subsistemului nervos este reală şi evidentă numai ca rezultat al comparării sale cu subsistemul endocrin. Ea dispare însă atunci când cele două subsisteme sunt judecate din perspectiva intereselor generale ale organismului. Este greşită opinia potrivit căreia subsistemul neural ar fi mai eficient în integrarea organismului decât cel endocrin. Fiecare este la fel de eficient în procesul integrării întrucât fiecare realizează, în domeniul propriu de activitate, exact ceea ce trebuie şi cum trebuie. Dacă ar fi fost necesar, util organismului, ca în sfera de activitate a subsistemului endocrin procesele să decurgă altfel, evoluţia ar fi făcut în timp corecţia necesară. Dacă subsistemul endocrin este inferior întrucât nu poate realiza ceea ce i se cere subsistemului neural, atunci şi acesta din urmă este inferior celui dintâi din acelaşi motiv şi în egală măsură.

Un aspect funcţional care a înclinat serios balanţa în favoarea superiorităţii subsistemului neural a fost acela al consumului mult mai mare de timp în desfăşurarea actului reflex endocrin. Această realitate nu are însă valoarea unui criteriu de ierarhizare, ci ea exprimă gradul înalt de evoluţie prin specializare a laturii endocrine a sistemului integrator unitar, ca răspuns dat unor necesităţi specifice organismului. Consumul relativ mare de timp este determinat de modul de realizare (parcursul) a circulaţiei şi de viteza redusă cu care sângele poartă mesagerii hormonali la locurile de acţiune. Astfel, pentru ca o stimulină hipofizară să ajungă la o glandă periferică ea trebuie să parcurgă, odată cu sângele şi în parte cu limfa, un drum lung: hipofiză – inimă – plămâni – inimă – glandă periferică. Un drum similar va parcurge şi hormonul glandei periferice pentru a ajunge la ţesuturile ţintă. Deşi mare, acest consum de timp se dovedeşte adecvat majorităţii sarcinilor îndeplinite de subsistemul endocrin. În cazul în care

169

glanda face parte dintr-un arc reflex endocrin, căruia interesele organismului îi „cer” o mai mare promptitudine în acţiune, atunci acest consum de timp este scurtat în trei moduri şi la tot atâtea niveluri valorice diferite.

În primul rând, este cazul arcului endocrin prin care se reglează valoarea glicemiei, un parametru biochimic al mediului intern ale cărui variaţii trebuie menţinute în limite mult mai strânse (oscilaţii mici în timp) decât ale lipemiei sau proteinemiei. Intoleranţa organismului faţă de variaţiile mari ale glicemiei nu îşi are explicaţia în anumite proprietăţi speciale în plan biochimic ale glucozei, ci în proprietatea fizico-chimică a acesteia de a genera o mare forţă osmolară. Când concentraţia glucozei în lichidul pericelular este mai mare sau mai mică decât cea optimă, atunci forţa osmolară apreciabilă pe care ea o dezvoltă sau nu determină mişcări compensatorii ale apei din celulă spre exterior, respectiv din afară spre celulă, ceea ce are ca primă şi importantă consecinţă schimbări corespunzătoare în concentraţiile ionilor Na+, K+, şi Ca2+ de o parte şi de alta a membranei celulare, concentraţii de care depinde excitabilitatea celulelor. Din acest motiv neuronii se dovedesc a fi primele celule afectate de hiper – şi hipoglicemie, ambele variaţii ducând, dincolo de anumite limite, la comă. Faptul că în hiperglicemie apar produşi de degradare parţială a glucozei, cu un pronunţat potenţial toxic, nu reprezintă decât dovada că organismul încearcă, prin orice modalitate, să scape de pericolul mai mare pe care-l reprezintă tocmai osmolaritatea. În aceste condiţii organismul este „dispus” să facă orice cu glucoza – să o transforme prin neogeneză în lipide şi proteine, să o degradeze parţial în corpi cetonici şi chiar să o elimine ca atare – numai să evite efectele negative asupra celulelor excitabile provocate de forţa osmolară pe care aceasta o dezvoltă. Din acest motiv, reducerea timpului reflex în reglarea glicemiei este imperios necesară. Şi aceasta se realizează prin scurtarea drumului dintre glanda periferică (insulele pancreatice) şi efector (ficatul) între care se realizează un circuit sanguin de tip portal: sângele venos al glandei, încărcat cu hormoni, se redistribuie direct efectorului, înainte de a ajunge în vasele de reîntoarcere la inimă. Altfel, timpul reflex ar fi aproape dublu întrucât la timpul necesar ajungerii stimulinei hipofizare la pancreas s-ar adăuga şi acela necesar unei duble treceri prin inimă a sângelui încărcat cu insulină sau glucagon în drumul său de la pancreas la ficat.

În al doilea rând, este cazul arcului reflex endocrin prin care se reglează valoarea calcemiei, un parametru fizico-chimic al mediului intern ale cărui variaţii trebuie menţinute în limite şi mai strânse decât glicemia

170

(comparaţia este neadecvată esenţei problemei). Aceasta întrucât, după cum s-a constatat, importanţa ionului Ca2+ este imensă pentru organism, el fiind implicat în cele mai importante mecanisme fiziologice: excitabilitatea celulară, eliberarea prin exocitoză a produşilor de sinteză, mijlocirea acţiunilor hormonale ca al doilea mesager etc. În consecinţă, scurtarea timpului reflex trebuie realizată la nivelul importanţei parametrului implicat. Având în vedere numărul mare şi distribuţia difuză a efectorilor acestui reflex, adoptarea circulaţiei portale se dovedeşte nu numai inoperantă, ci şi imposibil de realizat. Încât singurele soluţii eficiente se dovedesc a fi scoaterea glandei periferice – paratiroida – de sub controlul hipofizei în privinţa eliberării hormonilor, specifici şi creşterea sensibilităţii paratiroidei faţă de cele mai mici variaţii ale calcemiei. Paratiroida devine astfel independentă faţă de hipofiză în privinţa eliberării hormonilor care se va realiza sub acţiunea directă a concentraţiei Ca2+ în sângele aferent glandei: parathormonul pentru scăderea Ca2+ şi calcitonina pentru creşterea acestuia.

În fine, în al treilea rând, este cazul arcului reflex endocrin prin care organismul în general trebuie pus în starea „gata de acţiune” atunci când intervine o schimbare în mediu (intern sau extern), semnificativă ca valoa-re, dar insuficient definită în conţinut. Întrucât conţinutul semnalului este necunoscut (sau doar parţial cunoscut), acţiunea de răspuns nu poate fi anticipată (sau nu în întregime) decât ca iminenţă, nu şi ca modalitate. De aceea organismul trebuie să se dovedească gata de orice acţiune şi această stare trebuie obţinută în cel mai scurt interval de timp, altfel răspunsul – de care ar putea depinde chiar existenţa – poate fi tardiv sau imposibil. Gata de acţiune, însă, nu însemnează numai o stare de alertă, ceea ce în limbaj fiziologic se traduce printr-o excitabilitate neuromusculară ridicată, ci şi o stare de „potenţă acţională”, ceea ce, în acelaşi limbaj, se traduce printr-o disponibilitate momentană de resurse energetice (glucoză şi oxigen, în primul rând). Din toate aceste motive, glanda periferică (medulo-suprarenala) implicată în acest arc reflex trebuie să elibereze aproape instantaneu hormonii săi specifici (catecolamine). Cum nici o modalitate din cele analizate nu poate realiza acest lucru, singura soluţie optimă s-a dovedit aceea ca glanda medulosuprarenală să elibereze hormonii săi sub comandă nervoasă directă. Odată eliberate, catecolaminele produc două efecte majore: sporirea excitabilităţii neuromusculare – prin care se asigură starea de alertă – şi sporirea glicemiei (prin blocarea eliberării insulinei) – prin care se asigură starea de potenţă acţională.

171

XI. 7. Sferele integrării endocrine În cadrul procesului unitar al integrării organismului latura endocrină

reprezintă continuitatea, iar latura neurală – discontinuitatea. Afirmaţia nu are un sens exclusivist, fiecare latură deţinând, într-o anumită măsură, trăsă-turi caracteristice celeilalte. Continuitatea şi discontinuitatea se disting prin vitezele diferite cu care ele evoluează atât în plan fiziologic (funcţional), cât şi în plan biologic (genetic). În plan fiziologic subsistemul endocrin, prin viteza de lucru mult mai redusă, realizează mai mult întreţinerea în timp, decât iniţierea proceselor de integrare, aceasta fiind apanajul (deşi nu exclusiv) sistemului neural, caracterizat de o viteză de lucru net superioară. Întrucât fiecare subsistem este o formaţiune heterogenă, în sensul că este alcătuită din mai multe componente, fiecare cu anumite particularităţi funcţionale, viteza de lucru specifică acestora nu deţine o valoare discretă, unică, valabilă pentru tot ansamblul. În totalitatea sa subsistemul are o viteză medie de lucru, situată valoric la distanţă egală de limitele minimă şi maximă specifice unora dintre componentele sale. Din acest motiv vitezele de lucru ale subsistemelor se apropie prin extremele lor. Situaţia este similară şi în plan biologic (genetic); evoluţia oricărui sistem nu reprezintă un proces general, difuz şi uniform pentru toate componentele, deoarece devenirea nu poate avea caracter de masă. Cel puţin din aceste două motive nu este posibilă demarcaţia netă, în interiorul procesului integrator unitar, între latura endocrină – reprezentând continuitatea – şi cea neurală – reprezentând discontinuitatea. Este o dovadă în plus că sistemul integrator al organismului sistemul neuroendocrin – nu are caracter dual.

Cum în organism nu poate exista, nu un organ sau un ţesut, dar nici măcar o singură celulă care să se sustragă integrării şi cum integrarea este un proces unitar realizat de un sistem unic, se înţelege că atât existenţa, cât şi devenirea organismului sunt condiţionate de integrarea neuroendocrină. Încât sferele integrării endocrine trebuie să acopere atât sincronismul existenţial, cât şi diacronismul evolutiv.

În sfera existenţei integrarea endocrină este implicată în menţinerea homeostaziei, în condiţiile în care asupra acesteia se exercită permanente presiuni destabilizatoare atât din exterior, prin fluctuaţiile din ambient, cât şi din interior, prin însăşi activitatea celulelor. Faptul că în planul existenţei sunt implicate cele mai multe dintre glandele endocrine nu înseamnă că hormonii acestora au un rol mai mic în planul devenirii, cele două planuri neputând fi separate. În sfera devenirii integrarea endocrină este implicată atât pe plan ontogenetic – controlând dezvoltarea etapizată a organismului individual –, cât şi pe plan filogenetic – asigurând un raport optim între conservatismul şi variabilitatea caracterelor specifice. O importanţă aparte

172

în această sferă a integrării endocrine o deţin glandele implicate mai direct în creşterea şi dezvoltarea organismului: hipofiza, epifiza, tiroida, timusul şi gonadele. De aici nu trebuie să se înţeleagă că aceste glande nu au implicaţii în sfera existenţei, ori că celelalte nu au rol în planul devenirii. Toate glandele contribuie, desigur, în măsură diferită, la integrarea organismului în dubla sa calitate: de sistem individual, sau entitate fiziologică şi de element component al speciei, sau entitate genetică.

173

SECŢIUNEA a IV-a

SISTEMUL INTEGRATOR NEUROENDOCRIN

XII. INTEGRAREA NEUROENDOCRINĂ Integrarea organismului este un proces unitar ce nu poate fi realizat

decât de un sistem de organe unitar. Caracterul unitar al sistemului neuroendocrin are, în primul rând, o bază onto- şi filogenetică, cele două componente – neurală şi endocrină – având o dezvoltare şi o evoluţie concomitente şi, în al doilea rând, o bază anatomică (histologică), celulele ambelor subsisteme – neuronul şi celula endocrină – aparţinând tipului excitabil – secretor, caracterizat de dezvoltarea mai mare a aceloraşi organite. În fine, caracterul unitar al sistemului neuroendocrin are şi o bază funcţională, ambele componente având acelaşi mecanism funcţional – actul reflex – şi aceeaşi finalitate – integrarea organismului în toată complexitatea sa. Analiza în plan fiziologic s-a făcut până aici separat pentru cele două subsisteme numai cu scopul de a asigura o mai corectă şi profundă înţelegere a unităţii lor. Ceea ce am comis prin aceasta nu este însă un sacrilegiu întrucât, fără a afecta caracterul unitar al întregului, fiecare parte se dovedeşte capabilă şi de acţiune solitară fie în interiorul limitelor libertăţii funcţionale de care se bucură, fie – pentru scurt timp – în afara acestora. În plus, capacitatea de acţiune solitară poate fi demonstrată experimental pentru fiecare dintre părţi.

Integrarea organismului realizată cu participarea întregului sistem are la bază arcul şi actul reflex neuroendocrin. Datorită specificului funcţional al fiecăruia – specific determinat de însele necesităţile ale organismului şi nu de grade diferite de evoluţie –, modul de intrare în acţiune şi desfăşurarea în timp a contribuţiei celor două subsisteme în cadrul aceluiaşi act reflex neuroendocrin sunt diferite. Ca urmare a variaţiei semnificative a unui parametru (fig. 64 ΔP), subsistemul neural, având sensibilitate mai mare şi latenţă mai mică, va intra primul în acţiune şi va iniţia atât activarea într-un anumit sens a subsistemului endocrin, cât şi – în multe cazuri – procesul în sine de corectare a abaterii.

După intrarea în acţiune, cu latenţă mai mare, a subsistemului endocrin, cel neural îşi reduce (încetează) intervenţia, revenind episodic doar în momentele în care se impune schimbarea sensului acţiunii endocrine, datorită inversării abaterii (fig. 64)

174

XII. 1. Particularităţile integrării neuroendocrine Dacă în planul alcătuirii arcul reflex neuroendocrin poate fi

considerat ca rezultat al conectării celor două arcuri componente – neural şi endocrin –, în planul structurii actul reflex neuroendocrin nu poate fi redus la suma actelor reflexe ce au loc la nivelul acestora. Cauza principală, dar nu şi unică, este reprezentată de existenţa unui mediu intern comun pentru toate componentele arcului neuroendocrin (receptori, centri, glande, efectori şi căi de conducere). În acest sens un rol esenţial îi revine sângelui, componenta cea mai dinamică a mediului intern. Unicitatea mediului intern asigură nu numai conlucrarea mai eficientă a componentelor neurale şi endocrine în realizarea integrării organismului, ci şi condiţionarea lor reciprocă prin care se accentuează caracterul unitar al însuşi sistemului integrator.

Pentru înţelegerea corectă a arcului şi actului reflex neuroendocrin sunt necesare câteva precizări. În primul rând, se impune considerarea receptorilor şi din unghiul calităţii cibernetice a informaţiilor receptate la un moment dat. Una şi aceeaşi informaţie captată la nivelul aceluiaşi receptor poate avea, la un moment anume, calitatea de informaţie iniţială, iar la un alt moment calitatea de retroinformaţie. Spre exemplu, dacă reducerea glicemiei este determinată de creşterea consumului la nivel tisular ea este receptată ca informaţie iniţială, iar dacă este determinată de acţiunea insulinei, eliberată în procesele de reglare, ea este receptată ca retroinfor-maţie. Este necesar, de asemenea, ca pe lângă capacitatea formaţiunilor receptoare de a detecta în mod specific anumite variaţii din mediul intern, să se considere şi capacitatea quasitotalităţii ţesuturilor de a detecta în mod nespecific aceleaşi variaţii, desigur, la alte cote valorice. Spre exemplu, variaţiile glicemiei sunt detectate nu numai de glucoreceptorii specializaţi

Fig. 64 Desfăşurarea în timp a intervenţiilor celor două componente – endocrină şi neurală – în corectarea abaterilor (ΔP) unui parametru (P)

175

din zonele reflexogene şi hipotalamus, ci şi de celulele hepatice, musculare, neuronale etc. În al doilea rând, se impune ca în cadrul arcului reflex neuroendocrin să fie considerat drept efector organul în întregul său şi nu doar unul din ţesuturile ce îl compun. Pe lângă ţesutul specific, prin care îi este definită funcţia, organul deţine şi o vascularizaţie proprie, prin care îi este condiţionată realizarea funcţiei. Dacă prin ţesutul specific organele efectoare pot aparţine sferei somatice sau vegetative, prin vascularizaţie toate ţin de sfera vegetativă. Încât, activitatea unui organ efector trebuie pusă întotdeauna în legătură nu numai cu ţesutul specific care o realizează, ci şi cu vascularizaţia care o face posibilă. În analiza arcului şi actului reflex neuroendocrin, glandele endocrine nu sunt considerate organe efectoare, deşi ele au această valoare (cele periferice în raport cu hipofiza şi aceasta din urmă în raport cu nucleii secretori ai hipotalamusului), ci un fel de „centri” endocrini intermediari cu rol de comandă asupra efectorilor finali, cu dispoziţie terminală în cadrul arcului. În al treilea rând, se impune a preciza că sângele, pe lângă calitatea de a fi „obiect al integrării” (menţinerea homeostaziei parametrilor săi fizici şi chimici), participă el însuşi la realizarea integrării organismului, îndeplinind mai multe roluri în acest sens: a) sursă de informare pentru receptori (informaţie iniţială); b) vehicul pentru mesagerii hormonali (rolul de canal purtător); c) purtător de retroinformaţii şi d) omogenizator al mediului extracelular prin dinamica lui sporită şi prin unicitatea sa. Primele trei fiind analizate şi cu alte prilejuri, vom face doar câteva remarci cu privire la ultimul rol jucat de sânge în integrare.

Prin unicitatea şi dinamica sa, sângele previne accentuarea unor modificări fizico-chimice în anumite teritorii ale organismului, produse de însăşi funcţionarea ţesuturilor, contribuind chiar şi în acest mod la integrare. Astfel, oricare ţesut (organ) este nu numai informat cu privire la starea funcţională a tuturor celorlalte, ci şi influenţat de ea. Aceasta este o regulă generală căreia nu i se poate sustrage nici una dintre componentele organismului. Asemenea influenţe generalizate au consecinţe ce depind, pe de o parte, de semnificaţia şi valoarea modificării produse într-un teritoriu al organismului şi, pe de altă parte, de sensibilitatea proprie a fiecărui ţesut faţă de acea modificare. De exemplu, consecinţele produse de modificarea natremiei vor fi mai puţin spectaculoase decât cele produse de modificarea glicemiei, însă, în ambele cazuri ele vor fi mult mai pronunţate la nivelul ţesutului neural decât la nivelul ţesutului conjunctiv. Întrucât, prin sensibilitatea foarte pronunţată faţă de asemenea modificări ale mediului intern, sistemul nervos ar putea fi grav afectat în funcţionalitatea sa, deci în însăşi capacitatea de a interveni prompt şi eficient în chiar procesul

176

corectării acelor modificări, o anume protejare a sa faţă de acestea, sub forma unei estompări a influenţelor posibil negative, se impune cu necesitate. Acest rol revine barierei hematoencefalice, un ansamblu format din capilare (specifice) şi anumite celule gliale care, fără a împiedica schimburile, „amortizează” efectul modificărilor sanguine într-atât, încât la nivelul lichidului cefalorahidian ele au, în cea mai mare măsură, doar valoare informaţională şi numai în mică măsură şi dincolo de anumite limite şi valoare de factor de influenţă asupra metabolismului ţesutului neuronal. În fine, în legătură cu influenţele reciproce dintre ţesuturi, exercitate prin intermediul modificărilor produse în sânge de însăşi activitatea lor, trebuie remarcat că acestea pot afecta celulele atât în planul funcţiei lor specifice sau în cel al metabolismului propriu, cât şi în ambele planuri, aceasta fiind funcţie atât de natură şi amploarea modificării, cât şi de gradul de sensibilitate a celulei şi de posibilităţile de care ea dispune pentru a se proteja în faţa lor. În al patrulea şi ultimul rând, se cuvine a preciza că activitatea de integrare neuroendocrină a organismului cuprinde două faze succesive: a) restabilirea homeostaziei şi b) întreţinerea ei în timp. Deşi cele două faze au aceeaşi finalitate, diferenţele dintre ele sunt remarcabile atât în ceea ce priveşte tipul şi numărul formaţiunilor neuroendocrine implicate, cât şi, mai cu seamă, în privinţa intensităţii funcţionale a acestora, şi, implicit, a destrucţiilor posibile (uzurii) şi a costurilor energetice. Într-un paragraf anterior s-a făcut precizarea că integrarea constă, în ultimă analiză, în coordonare şi reglaj, în sensul că, în cazul apariţiei unei modificări semnificative în mediu, sistemul neuroendocrin trebuie să decidă, în primul rând, direcţia funcţională optimă pe care va fi angajat organismul şi, abia în al doilea rând, nivelul de intensitate optimă a mecanismelor implicate în materializarea acesteia. Din unghiul celor acum şi aici discutate se poate observa că, pentru restabilirea homeostaziei, perturbată de o modificare semnificativă din mediu (intern sau extern), este necesară coordonarea, iar pentru întreţinerea ei în noile condiţii este necesar reglajul. În împrejurarea în care modificările din mediu se succed la intervale scurte de timp şi în mod aleatoriu şi această situaţie se extinde ca durată, sistemul neuroendocrin şi, prin el întreg organismul, este suprasolicitat în direcţia unor repetate încercări de restabilire a homeostaziei fără a o putea face integral, a unor succesive şi costisitoare (prin uzură şi consum energetic) procese de coordonare lipsite de rezultate imediate sau de perspectivă apropiată. O astfel de situaţie generează starea de stres, stare cu pronunţate efecte negative asupra întregii structuri bio-psiho-socio-culturale a individului uman. Întrucât faza de restabilire survine în urma

177

afectării homeostaziei, specifică anumitor circumstanţe ambientale (fig. 65) şi sfârşeşte în momentul restabilirii homeostaziei, specifică noilor circumstanţe ambientale, circumstanţe în care se include ca prezenţă permanentă şi factorul de mediu care a produs afectarea, ea – faza de restabilire – trebuie considerată ca o fază de tranziţie a sistemului între două stări posibile. Încât, starea de stres nu este altceva decât consecinţa generalizată a prelungirii exagerate a fazei de tranziţie, caracterizată de funcţionarea alertată, necoordonată a mecanismelor integratoare în căutarea unei noi stări stabile.

Starea de stres devine astfel o stare de disperare funcţională a organismului în care, tocmai datorită disperării, mecanismele integratoare sunt scăpate de sub control, ordinea sistemului fiind grav compromisă. Încât starea de stres nu este altceva decât expresia fiziologică a unei nepermise prelungiri în timp a dezordinii funcţionale, a entropiei crescute a sistemului.

Fig. 65

Fazele integrării neuroendocrine ∆ P – variaţia parametrilor ambientali; F I, II – faze de stabilitate; FR – faza de restabilire a homeostaziei; – factorul de mediu (solicitare) modificat şi cu

acţiune persistentă în timp XII. 2. Arcul şi actul reflex neuroendocrin Orice modificare semnificativă din mediul extern sau intern este

sesizată de un câmp receptor specializat (Fig. 66). La nivelul centrilor neuroendocrini ( care includ şi hipofiza) informa-

ţiile purtate de căile aferente sunt supuse unor procese de prelucrare bazate

178

atât pe funcţia de sumator-integrator a fiecărui corp celular implicat, cât şi pe capacitatea neuronilor de a stabili între ei relaţii sinaptice şi non-sinaptice. Rezultatul prelucrării informaţiilor este comanda.

Fig. 66 Schema arcului reflex neuroendocrin

S – stimul din mediul extern sau intern; R – extero- sau interoceptor; CNE – centru neuroendocrin (în care este cuprinsă şi hipofiza): GP – glandă endocrină periferică; E – efectorul somatic sau vegetativ; RAI – receptorul aferentaţiei inverse extero –

sau interoceptoare; MEI – mediul extern iniţial; Cum, însă, gradul de complexitate anatomo-funcţională a centrilor

este diferit, el fiind maxim pentru centrul cortical (scoarţa în totalitatea ei), deducem că şi procesele de prelucrare, ca şi rezultatele lor, vor avea niveluri calitative diferite, respectând aceeaşi ierarhie. Mai mult chiar, la nivelul diencefalului, ca centru subcortical de cea mai mare complexitate, sunt elaborate comenzi nu numai de un înalt nivel calitativ, ci şi de o dublă natură: electrică (potenţiale de acţiune) şi chimică (hormoni), cele două laturi funcţionale ale neuronilor fiind plenar exploatate.

MEM – mediul extern modificat de acţiunea efectorului; MIM – mediul intern modificat de acţiunea efectorului; 1 – cale aferentă nervoasă; 2 – cale eferentă nervoasă ce comandă direct eliberarea hormonului din glanda endocrină periferică ( este cazul medulosuprarenalei); 3 – cale eferentă nervoasă ce comandă efectorii musculari somatici sau vegetativi; 4 – cale endocrină (stimuline hipofizare); 5 – cale eferentă endocrină spre efectori somatici sau vegetativi; 6 – cale aferentă inversă nervoasă de la efectori somatici sau vegetativi; 7 – cale aferentă inversă nervoasă de la exteroceptori; 8 – cale aferentă inversă nervoasă de la interoceptori şi visceroceptori; 9 – care aferentă inversă umoral-hormonală.

179

Între centrii neuroendocrini şi glandele endocrine periferice se realizează legături complexe ce asigură intercondiţionarea lor funcţională. În primul rând, centrii neuroendocrini controlează activitatea metabolică (sinteza hormonilor) a tuturor glandelor endocrine (inclusiv a paratiroidei, medulosuprarenalei şi hipofizei) prin reglarea calibrului vaselor de sânge care le irigă. În al doilea rând, controlează eliberarea hormonilor din cvasitotalitatea glandelor periferice fie direct, (fig. 66, 2) prin comenzi nervoase (medulosuprarenala), fie indirect (4) prin intermediul hipofizei (stimuline hipofizare). La rândul lor, hormonii astfel eliberaţi ajung cu sângele şi la centri (fig. 66, 9) pe care nu numai că îi informează cu privire la modul în care glandele au răspuns la comenzi (feed-back), ci îi influenţează, direct sau indirect, în activitatea lor. Comenzile nervoase şi endocrine ajung la efectori (E) pe căi neuronale (fig. 66, 3) respectiv sanguine (fig. 66, 5). Prin acţiunea lor specifică efectorii produc modificări în mediul extern (MEM) şi /sau intern (MIM). Dată fiind existenţa necesară a unui anumit grad de libertate funcţională a efectorilor, modificarea produsă în mediu de acţiunea de răspuns a acestora poate fi conformă cu comanda primită sau poate să se abată de la aceasta. Asupra gradului de adecvare a răspunsului efectorilor centrii neuroendocrini sunt informaţi pe căi aferente inverse (fig. 66, 7, 8) atât nervoase, prin mijlocirea extero- şi interoceptorilor (RAI), cât şi sanguine (fig. 66, 9) prin acţiunea directă a hormonilor şi parametrilor plasmatici. În baza acestor retroinformaţii (feed-back) centrii neuroendocrini pot interveni corector în activitatea efectorilor.

Subliniem şi cu acest prilej importanţa faptului că toate compo-nentele arcului reflex neuroendocrin se află sub influenţa unui mediu intern comun, a cărui stare fizico-chimică este nu numai un rezultat, ci şi o condiţie – aici informaţională – a funcţionării acestora. Atât centrii nervoşi şi glandele, cât şi receptorii, căile de conducere şi efectorii vor suferi acelaşi tip de influenţe atunci când în sânge va fi prezent, în cantitate mai mare sau mai mică, un anumit hormon, doar gradul de influenţare va fi diferit, el fiind mai redus la nivelul centrilor nervoşi şi al căilor intranevraxiale prin protecţia oferită de bariera hematoencefalică. În acelaşi timp trebuie considerate şi influenţele unitare exercitate asupra componentelor arcului prin intermediul consecinţelor generale determinate de hormoni, pe lângă cele ale hormonilor înşişi. Spre exemplu, catecolaminele descărcate de medulosuprarenală vor exercita atât o influenţă directă ca hormoni, cât şi una indirectă prin valoarea glicemiei pe care o sporesc. Dacă, prin natura şi mărimea lor, influenţele modificărilor din mediul intern sunt unitare, răspunsurile date de fiecare dintre componentele arcului neuroendocrin sunt profund diferite, ca mecanism şi efect local, dar unitare prin consecinţa lor ultimă – integrarea.

180

Deşi în limbaj curent termenul de homeostazie este utilizat şi în legătură cu parametrii individuali ai mediului intern, vorbindu-se frecvent de homeostazia calciului, a glucozei etc., în realitate homeostazia este o stare ce caracterizează organismul ca întreg şi nu părţile componente, ea fiind măsura nivelului redus al entropiei sale. În această ipostază homeostazia reprezintă rezultatul final al activităţii integratoare a sistemului neuroendocrin, unic şi indivizibil. Desigur, homeostazia poate fi perturbată pe diverse căi, dar refacerea şi întreţinerea ei se realizează, în toate cazurile, prin intervenţia aceluiaşi sistem integrator neuroendocrin. Dacă perturbarea homeostaziei pe o anumită cale implică în mai mare măsură anumiţi receptori, centri şi efectori aceasta nu dă dreptul la considerarea fragmentară a sistemului neuroendocrin, a organismului şi a homeostaziei sale. Pentru ilustrarea acestei realităţi vom face o analiză sumară a integrării neuroendocrine a organismului în condiţiile perturbării homeostaziei pe câteva dintre multiplele căi posibile.

XII. 3. Integrarea neuroendocrină a mediului intern Exprimând o condiţie a existenţei sistemului viu, homeostazia

mediului intern este o stare pe care metabolismul celular o pretinde şi pe care, tocmai realizarea lui, o distruge. Această contradicţie îşi are originea în calitatea de sistem deschis a oricărei celule şi în faptul că lichidul interstiţial, ca partener în realizarea schimburilor, este un bun comun şi limitat cantitativ. Mijloacele fiziologice prin care se asigură constanţa fizico-chimică a mediului intern (homeostazia) sunt reprezentate de sisteme de organe specializate în realizarea schimburilor dintre acesta şi mediul extern organismului, unele asigurând intrări în mediul intern (sistemul digestiv şi respirator), altele – ieşiri din acesta (sistemul excretor şi respirator), între acestea şi celulele beneficiare transportul fiind asigurat de un alt sistem specializat în acest sens (sistemul circulator). Întrucât nivelul metabolismului nu este constant în timp, ci el se situează, în funcţie de anumiţi factori – interni şi / sau externi –, la oricare dintre valorile cuprinse între o limită minimă (în condiţii bazale) şi una maximă (în condiţii de activitate intensă) se impune cu necesitate adecvarea cantitativ-calitativă a intrărilor şi ieşirilor la aceste oscilaţii ale metabolismului. Permanenta adecvare este asigurată de mecanismele integratoare neuroendocrine, fiecare purtând amprenta unei anumite specializări în plan fizic sau chimic.

XII. 3.1. Integrarea neuroendocrină în plan termic Homeostazia organismului poate fi perturbată şi pe calea variaţiilor

termice. Cauzele acestor variaţii pot fi exogene sau endogene, iar sensul lor negativ sau pozitiv.

181

Variaţiile termice negative sau pozitive cu origine externă angajează formaţiunile receptoare dispuse la interfaţa organism-mediu extern, reprezentată de tegument, mucoase etc., iar cele cu origine internă formaţiunile receptoare specializate din zonele reflexogene, aflate în contact cu mediul intern şi pe cele din muşchii scheletici. În legătură cu recepţia termică de la nivelul musculaturii scheletice trebuie reţinut faptul că, datorită rolului ei primordial de retroinformare a centrilor nervoşi cu privire la activitatea acestor efectori, ea este specializată numai pentru variaţiile în sens pozitiv, cele în sens negativ (sub limita optimă) nefiind posibile din cauza permanenţei tonusului muscular.

Căile neuronale ce conduc aceste informaţii se distribuie atât la centri subcorticali, la nivelul cărora se închid arcuri reflexe rapide şi standardizate, cât şi la centrul cortical, la nivelul căruia se închid arcuri reflexe mai puţin rapide şi modulare, ambele categorii având o finalitate comună: restabilirea şi întreţinerea homeostaziei afectată în plan termic. Pentru o variaţie exogenă în sens negativ centrii subcorticali elaborează comenzi ce vor fi transmise direct pe căi neuronale şi / sau indirect pe căi hormonale la acei efectori care, prin răspunsul lor specific, sunt capabili să determine, pe de o parte, reducerea pierderilor de căldură spre exterior şi, pe de alta, generarea de căldură şi disiparea ei în mediul intern. În funcţie de mărimea variaţiei negative, dar mai cu seamă de durata ei, sistemul integrator determină generarea unor efecte de mai mică sau de mai mare amploare, respectiv efecte pasagere sau durabile în timp. Când durata variaţiei negative este mică, reducerea pierderilor de căldură se asigură prin vasoconstricţie în zonele de contact cu mediul extern, generarea de căldură prin contractură musculară în aceleaşi zone superficiale (piloerecţie), pentru scăderi mici ale temperaturii externe sau în prima fază a celor mai mari, şi contractură în zone mai profunde (frisonul), pentru scăderi mai mari, iar disiparea căldurii astfel produse – prin vasodilataţie în alte zone decât cele superficiale. Când temperatura suprafeţei externe a corpului scade sub o anumită limită, dincolo de care este periclitată însăşi existenţa ţesuturilor ce o formează şi în condiţiile în care termogeneza internă s-a accentuat, atunci sistemul neuroendocrin declanşează vasodilataţie periferică restabilind starea termică a învelişului corporal.

Nivelul vasodilataţiei periferice este astfel stabilit încât să se asigure un raport optim pentru organism între cantitatea de căldură generată la interior şi cea pierdută la exterior, chiar dacă pentru aceasta se plăteşte un important tribut energetic. Totuşi, când acest tribut depăşeşte o anumită limită sistemul neuroendocrin declanşează, în prelungirea mecanismelor fiziologice simple, mecanisme comportamentale, mult mai complexe, dar şi mult mai eficiente (adăpostirea, acoperirea corpului etc.). Asemenea acte comportamentale se însuşesc prin condiţionare reflexă încât, la o nouă

182

experienţă de acelaşi tip, comportamentele sunt declanşate de la prima fază fiziologică sau chiar anticipat, în baza unor informaţii de altă natură, dar care anunţă posibila pierdere de căldură.

Când variaţia termică negativă rămâne durabilă atunci sistemul neuroendocrin declanşează efecte fiziologice şi comportamentale mai profunde şi persistente (adaptări). Datorită pierderii prelungite de căldură întreg metabolismul energetic se stabilizează la valori mai ridicate şi se orientează spre lipogeneză, ceea ce determină un aport alimentar crescut, asigurat printr-o accentuare a apetitului culinar tocmai ca o consecinţă a temperaturii scăzute. De asemenea, în plan comportamental, pe lângă acţiunile deja amintite şi altele cu acelaşi sens, organismul este orientat preferenţial spre alimente mai puternic calorigene, aşa cum sunt grăsimile de origine animală.

Deşi se susţine că însăşi scăderea temperaturii ar fi cauza creşterii apetitului culinar, prin aceea că ea ar influenţa un centru hipotalamic responsabil de instalarea stării de „saţietate”, fie prin intermediul unor căi nervoase aferente acestuia, fie prin acţiunea directă asupra lui a temperaturii mai reduse a sângelui, totuşi, nu există dovezi experimentale certe în acest sens. Fără a exclude această modalitate de răspuns a centrului hipotalamic se impune a sublinia că ea nu este unica posibilă şi, oricum, nu cea mai probabilă. Întrucât centrul saţietăţii funcţionează şi în condiţii de temperatură optimă a organismului, ar trebui să-i recunoaştem acestuia capacitatea de a primi şi prelucra două categorii de informaţii: chimice şi termice. Presupunerea nu este absurdă, dar ea vizează o soluţie prea complicată pentru natura vie care, este fapt dovedit, selectează soluţiile cele mai simple şi mai eficiente din mai multe posibile. În condiţiile în care organismul pierde în exterior căldură şi, în scopul compensării, măreşte rata catabolizării în direcţie energetică a glucidelor, lipidelor şi chiar a protidelor, tocmai reducerea concentraţiilor acestora în sânge reprezintă un semnal major şi suficient pentru centrul saţietăţii care, abia din acest motiv, va inhiba actul alimentaţiei mai târziu decât în condiţii termice normale. Încât, creşterea aportului culinar este mai mult o consecinţă indirectă decât directă a scăderii temperaturii pe perioade mai lungi.

Variaţiile în sens negativ cu origine internă pot să apară numai în condiţiile scăderii metabolismului sub nivelul bazal, aşa cum se întâmplă în timpul somnului, al anesteziei generale şi în unele stări patologice. În timpul somnului un rol esenţial revine actelor comportamentale atât la om, cât şi la animale, orientate în direcţia reducerii pierderilor.

În cazul hipertermiei de origine externă sistemul neuroendocrin determină intrarea în acţiune a unor efectori prin care se asigură creşterea pierderii de căldură şi reducerea generării ei în interior. Într-o primă fază, pierderea de căldură spre exterior se face prin iradiere asigurată de

183

vasodilataţia periferică şi, în faza următoare, prin evaporarea lichidului de transpiraţie, provenit din plasmă. Eliminarea apei plasmatice nu are un scop în sine, ci ea se realizează pentru a transporta la exterior căldura aflată în exces. Precizarea este necesară întrucât există şi o eliminare de apă cu scop în sine: când presiunea sângelui creşte brusc peste o anumită valoare (starea hipertensivă), eliminarea unei cantităţi de apă plasmatică devine benefică prin reducerea volemiei. În acest caz însă, lichidul eliminat are temperatura normală a sângelui din vasele periferice (transpiraţie „rece”). Facilitarea pierderilor de căldură prin iradiere şi evaporare este asigurată prin declanşarea unor acte comportamentale adecvate: vestimentaţie uşoară şi de culori deschise, evitarea surselor de căldură, reducerea efortului fizic etc. În fine, diminuarea generării interne de căldură se bazează, în primul rând, pe reducerea reacţiilor metabolice exergone şi, în al doilea rând, pe scăderea aportului alimentar ca urmare fie a reducerii catabolismului, fie şi a unei acţiuni directe a temperaturii ridicate asupra centrului saţietăţii.

Hipertermia de origine internă se produce, în condiţii fiziologice, numai în consecinţa unui efort muscular intens şi de durată. Receptorii implicaţi, deşi fac parte din aceeaşi categorie, sunt nu numai dispuşi în zone corporale diferite, ci şi integraţi în arcuri reflexe distincte. Cei situaţi în zonele reflexogene fac parte din aceleaşi arcuri implicate în hipertermia de origine externă, ei informând centrii cu privire doar la creşterea temperaturii mediului intern, nu şi cu privire la cauza ce a provocat-o. Cei dispuşi la nivelul musculaturii scheletice intră în grupa proprioceptorilor şi ei informează alţi centri (cu excepţia celui cortical), prin alte căi aferente cu privire la creşterea temperaturii locale din muşchi, situaţie ce trebuie evitată întrucât prin aceasta poate spori fluiditatea fosfolipidelor atât din membranele dendritelor şi axonilor aparţinând inervaţiei muşchiului, cât şi din sarcolemă, generând grave modificări de excitabilitate, în urma cărora au de suferit atât coordonarea şi reglarea mişcărilor, cât şi procesul contractil în sine.

XII. 3.2. Integrarea neuroendocrină în plan chimic Homeostazia mediului intern poate fi afectată şi prin variaţiile în sens

pozitiv sau negativ ale concentraţiilor sanguine ale componentelor chimice: oxigen, dioxid de carbon, ioni minerali, substanţe organice. Cauzele acestor variaţii pot fi exogene sau endogene, motiv pentru care senzorii chimici sunt orientaţi atât spre mediul extern (exteroceptori chimici), cât şi spre mediul intern (interoceptori chimici). În funcţie de calitatea (semnificaţia) componentei chimice şi de valoarea abaterii sale în mediu sunt angajate arcuri reflexe distincte, dar toate având aceeaşi finalitate.

Integrarea internă a organismului în plan chimic este mult mai complexă şi mai nuanţată decât cea în plan termic. Modalitatea chimică,

184

deţinând o gamă foarte largă de specializări la nivelul câmpurilor receptoare, asigură o mare diversitate de răspunsuri reflexe. Ca şi în cazul modalităţii termice şi aici receptorii orientaţi spre exterior vor asigura declanşarea unor acte reflexe mai complexe, multe dintre acestea servind integrarea organismului şi în alte planuri decât cel pur chimic. De asemenea, atunci când sunt implicate în integrarea chimică internă, actele reflexe exteroceptive au ca finalitate prevenirea modificării chimice a mediului intern (sunt anticipative), spre deosebire de cele interoceptive care au ca finalitate corectarea modificării chimice deja produsă în mediul intern (sunt constatative).

Cei mai cunoscuţi dintre chemoreceptorii orientaţi spre mediul extern sunt localizaţi la nivelul primului compartiment al căilor respiratorii (receptorii olfactivi) şi digestivă (receptorii gustativi), căi ce reprezintă principalele porţi de intrare spre mediul intern a componentelor chimice de bază: oxigen, apă, substanţe minerale şi substanţe organice. Aceste intrări de substanţă sunt necesare menţinerii compoziţiei chimice constante a mediului intern în condiţiile în care aceasta este permanent afectată de consumurile celulare, de eliminările necesare şi de unele pierderi inevitabile spre exterior. Deşi menţinerea constanţei chimice interne necesită corelarea valorică între intrări şi ieşiri, iar aceasta nu este posibilă fără un control al celor dintâi, totuşi, receptorii olfactiv şi gustativ nu participă la îndeplinirea acestui rol. Receptorul olfactiv nu este specializat în detectarea concentraţiei O2 (şi a CO2) din aer, după cum nici cel gustativ în decelarea conţinutului de proteine, lipide, glucide sau substanţe minerale din alimente. Dispuşi în primul compartiment al căilor respiratorie şi digestivă cei doi receptori informează centri neuroendocrini cu privire la compatibilitatea aerului şi alimentului sub raportul purităţii, centri declanşând reflexe de oprire a accesului la zonele de schimb atunci când sunt prezente în concentraţii decelabile substanţe străine intereselor organismului. Cei doi receptori sunt implicaţi şi în numeroase alte reflexe ce asigură integrarea organismului pe alte planuri decât cel ce vizează constanţa chimică a mediului intern. Alţi chemoreceptori orientaţi tot spre mediul extern, deşi mai rar consideraţi ca atare, sunt localizaţi în zona submucoasă a pereţilor stomacului, duodenului şi intestinului. Ei informează centri nervoşi cu privire la compoziţia chimică a conţinutului acestor organe cavitare, conţinut rezultat din transformările fizico-chimice ale alimentului (parte a mediului extern) produse de secreţia specifică din fiecare zonă. În baza acestor informaţii centri nervoşi pot executa un control eficient asupra tuturor organelor implicate atât direct, prin comenzi nervoase adresate musculaturii netede din vasele sanguine şi pereţii organului cavitar, cât şi indirect, prin comenzi hormonale adresate aceloraşi efectori şi celulelor secretorii. Este de remarcat faptul că la nivelul tubului

185

digestiv, dată fiind complexitatea sporită a proceselor ce au loc aici, s-a impus cu necesitate realizarea unui subsitem neuroendocrin propriu, subordonat celui general al organismului. Plexurile intramurale (Meisner şi Auerbach) şi celulele proprii secretoare de hormoni digestivi (gastrina, colecistokinina, VIP etc.) asigură un control local al activităţii tuturor organelor implicate în activitatea digestivă, degrevând astfel centrii axului-cerebrospinal de o mare parte din sarcinile integrării acestora şi asigurând o mai mare promptitudine a răspunsurilor. Când capacitatea sistemului local este depăşită de realitate, sau când apar modificări majore în starea organismului sau în circumstanţele ambientale, abia atunci se impune intervenţia centrilor nevraxiali care, însă, se realizează în cea mai mare măsură tot prin mijlocirea celui dintâi.

Chemoreceptorii orientaţi spre mediul intern, în fapt, spre componenta cea mai dinamică a acestuia – sângele, sunt localizaţi, alături de mecano- şi termoreceptori, la nivelul zonelor reflexogene din pereţii arteriali. Prin poziţia pe care o ocupă în arborele circulator chemoreceptorii interni sunt în măsură să informeze centrii neuroendocrini cu privire la modificările apărute imediat ce sângele a părăsit inima, astfel încât, atunci când acesta a ajuns la ţesuturile beneficiare, intervenţiile corectoare sunt deja în curs de derulare, nu numai declanşate. În acest mod se câştigă timp, deci eficienţă în integrarea chimică.

Deşi unitară prin aspectele ei generale, integrarea în plan chimic a mediului intern prezintă unele particularităţi legate de natura anorganică sau organică a componentelor implicate. Pentru a înţelege acest aspect esenţial este necesar să recurgem la o simplificare ce nu denaturează fondul problemei aflată în discuţie. Vom considera mediul intern ca pe un spaţiu lichid închis – cum şi este în realitate –, care scaldă celulele şi care se află în relaţii de schimb cu mediul extern, mediate de două bariere de transfer, una de intrare şi alta de ieşire. Distincţia între acestea este doar funcţională, nu şi anatomică, una şi aceeaşi barieră putând îndeplini ambele roluri. În aceste condiţii, homeostazia devine o consecinţă a echilibrării cantitativ-calitative dintre intrare şi ieşire. O asemenea considerare a homeostaziei este valabilă însă numai dacă dăm termenului de ieşire înţelesul mai larg de reducere a concentraţiei sanguine a unui component, indiferent dacă aceasta se produce prin eliminare la exterior, prin transformare într-o altă componentă, prin depozitare în spaţiile intracelulare, sau prin consum ca atare la nivel celular. Spre exemplu, în grupa componentelor anorganice ale mediului intern apa ocupă un loc aparte întrucât ea, spre deosebire de toate celelalte, are o dublă provenienţă: exogenă şi endogenă. Apa exogenă este de provenienţă alimentară şi, din acest motiv, ea face obiectul schimburilor cu ambientul atât la intrarea, cât şi la ieşirea din mediul intern. Cea endogenă este de provenienţă metabolică rezultând la nivel celular din

186

arderea în scop energetic a hidrogenului şi, din acest motiv, ea face obiectul schimburilor doar la ieşirea din mediul intern, alături de cea exogenă. Pentru ilustrarea mecanismelor generale de integrare în plan chimic şi a diferenţelor ce apar între reglarea concentraţiilor componentelor anorganice şi ale celor organice ne vom opri asupra calciului – pentru prima categorie – şi asupra aminoacizilor, acizilor graşi şi monozaharidelor, pentru cea de-a doua.

Datorită implicării ionului Ca2+ în numeroase şi importante procese fiziologice calcemia reprezintă unul dintre parametrii chimici cei mai importanţi, menţinerea ei la valori normale beneficiind de cele mai prompte şi eficiente mecanisme de reglare. Sporirea eficienţei reglajului în acest caz se realizează prin autonomizarea paratiroidei faţă de hipotalamus şi hipofiză în ceea ce priveşte eliberarea parathormonului şi calcitoninei. În acelaşi sens operează şi sensibilitatea sporită a ţesuturilor excitabile – în special a celui nervos şi endocrin – faţă de variaţiile calcemiei. De aici şi rolul redus pe care l-ar putea juca receptorii specializaţi din zonele reflexogene, a căror existenţă este, poate şi din acest motiv, insuficient probată. Când variaţia calcemiei este de sens pozitiv, mecanismele neuroendocrine, generale şi locale, acţionează în direcţia reducerii intrării acestui ion din mediul extern, prin scăderea absorbţiei intestinale şi a sporirii ieşirii lui din mediul intern prin creşterea eliminării urinare şi – dacă procesul de osificare nu este încheiat – prin sporirea, între anumite limite, a reţinerii lui la nivelul oaselor. Nu trebuie neglijat faptul că anumite modificări hormonale, produse în consecinţa creşterii calcemiei, ca şi creşterea în sine a acesteia, pot determina sporirea afinităţii unor proteine plasmatice şi chiar celulare (calmodulina) faţă de ionul de calciu, a cărui concentraţie în forma liberă (ionică) este astfel diminuată. Dimpotrivă, când variaţia este de sens negativ acţiunile neuroendocrine vor spori intrările, vor reduce eliminările şi, la nevoie vor mobiliza o parte din calciul existent în oase. În aceste circumstanţe hormonale şi ionice se va reduce şi afinitatea proteinelor plasmatice pentru calciu, eliberarea lui de la acest nivel contribuind la restabilirea valorii normale a calcemiei. În cazul în care ar fi vorba de un alt ion, de exemplu cel de K+, care nu are implicaţii majore în constituţia organismului, ci doar în funcţionarea lui, valoarea normală a concentraţiei sale în sânge (kaliemia) va fi menţinută prin mecanisme neuroendocrine, generale şi locale, care vor opera exclusiv la nivelul intrărilor şi eliminărilor. Legarea de proteinele plasmatice este operantă şi în acest caz. Iniţierea mecanismelor neurohormonale însă se bazează aici pe existenţa receptorilor specifici situaţi în zonele reflexogene.

Pentru menţinerea la valori constante a proteinemiei, lipemiei şi glicemiei mecanismele neuroendocrine operează într-o modalitate cu totul diferită şi la alte niveluri decât barierele de intrare-ieşire. Fiind vorba de

187

substanţe organice pe care organismele heterotrofe (om şi animale) nu sunt capabile să le sintetizeze din substanţe anorganice, singura sursă din care acestea pot fi obţinute este reprezentată de alimentele de origine animală şi / sau vegetală. Cum, însă, fiecare specie heterotrofă prezintă un anumit profil nutriţional, impus nu numai de necesităţile metabolismului individual, ci şi de cele ale „metabolismului” ecosistemelor, în interiorul cărora se dezvoltă adevărate lanţuri trofice, şi cum aceste profiluri se pot suprapune parţial pentru specii diferite, sau total pentru indivizii aceleiaşi specii, la toate acestea adăugându-se discontinuitatea distribuţiei spaţio-temporale a componentelor (plante şi animale) fiecărui profil, în aceste condiţii procurarea hranei devine, în ultimă analiză, o adevărată luptă pentru existenţă. Este, în fond, o luptă pentru resurse organice şi, ca în orice luptă, există şi aici riscul, deloc neglijabil, ca unii indivizi să piardă parţial (slăbire prin subnutriţie) sau total (moarte prin inaniţie). Apare astfel o situaţie contradictorie între cererea continuă şi în cantităţi cvasiconstante de substanţă organică, reclamată de homeostazia mediului intern cu stringenţă şi oferta discontinuă şi în cantităţi variabile, disponibilizată de mediul extern cu zgârcenie. Contrarietatea este accentuată în plan calitativ întrucât alimentele nu conţin proteine, lipide şi glucide în proporţiile reclamate de homeostazie. Soluţia optimă, reţinută şi dezvoltată în evoluţie, este oferită de ficat, organ ce are valoarea unei „uzine chimice” pentru organism şi nu pe aceea de glandă digestivă anexă. Esenţa funcţională a acestui organ, raţiunea ultimă a apariţiei şi dezvoltării sale, constă în armonizarea ofertei cu cererea prin adecvarea celei dintâi la cea din urmă, adecvare ce se realizează însă nu prin modificarea cantitativ-calitativă a mediului extern, ceea ce nici nu ar fi fost posibil, ci prin interpunerea ficatului între cele două medii – extern şi intern – şi preluarea de la cel dintâi a rolului de ofertant direct de substanţă organică pentru cel de-al doilea.

Când necesităţile o impun şi circumstanţele o permit, are loc hrănirea organismului (la om alimentaţia). Din motivele arătate mai sus, organismul manifestă tendinţa naturală de a încărca tubul digestiv cu cât mai multă hrană, fără a depăşi însă capacitatea maximă de prelucrare, semnalizată prin apariţia senzaţiei de saţietate. În urma proceselor de digestie, substanţele nutritive complexe (proteine, lipide, polizaharide) sunt aduse la forme mai simple cu moleculă mică şi absorbabile (aminoacizi, acizi graşi, monozaharide), fără pierderea proprietăţilor esenţiale ale substanţelor din care au provenit. La nivelul barierei intestinale (intrare) acestea sunt transferate din mediul extern (fig. 67) într-un compartiment limitat al mediului intern, cuprins în vasele venoase ce părăsesc tubul digestiv şi care se adună într-un vas unic ce merge la ficat (vena porthepatică) unde se recapilarizează.

188

Pentru sângele portal homeostazia nu numai că nu este necesară, el

fiind cuprins într-un compartiment limitat, dar ea ar fi contraindicată deoarece ar împiedica absorbţia integrală şi rapidă a substanţelor atât de necesare şi greu de procurat. Compoziţia lui este astfel decisă exclusiv de procesele de absorbţie. La nivelul capilarelor portale substanţele organice sunt transferate din sânge la hepatocite în forma în care au fost absorbite, cantitatea totală a acestora, ca şi proporţia dintre ele, reflectând doar valoarea nutritivă a alimentului. Prin activitatea lor specifică hepatocitele realizează: a) transformarea unor aminoacizi (dar şi a unor acizi graşi) non-self în aminoacizi (acizi graşi) specifici organismului individual; b) stabilirea proporţiilor specifice dintre proteine, lipide şi glucide prin interconversia lor metabolică (acidul piruvic fiind nu numai un termen final comun în catabolizarea aminoacizilor, acizilor graşi şi monozaharidelor, ci şi un termen iniţial în anabolismul acestora) şi c) transformarea exce-dentului de substanţă organică în substanţă de rezervă depusă pe termen scurt (glicogenul hepatic) sau pe termen lung (lipidele adipoasei).

1. Ficatul îndeplineşte şi numeroase alte roluri, dar acestea sunt subsidiare în raport cu cele analizate aici din perspectiva integrării în plan chimic. Unele dintre ele vor fi analizate pe parcurs.

După acest excurs, punctat cu detalii doar în măsura în care ele s-au dovedit strict necesare înţelegerii mecanismelor de care ne ocupăm aici, să

Fig. 67 Rolul esenţial al ficatului în menţinerea constantă a concentraţiilor substanţelor organice.F – ficat; TD – tub digestiv; AH – artera hepatică; AI – artera intestinală; VPH – vena porthepatică cu origine digestivă; VSH – vena suprahepatică; ME – mediu extern

189

revenim la problema integrării în plan chimic în care sunt implicaţi interoceptorii pentru substanţele organice.

Când concentraţia uneia dintre substanţe creşte în sânge, centrii nervoşi, informaţi de chemoreceptorii din zonele reflexogene, trimit comenzi la regiunile efectoare atât direct, pe căi neurale (în special la vasele de sânge ale regiunii), cât şi indirect, pe căi hormonale prin intermediul hipofizei (la glandele periferice care pot fi implicate, la vasele de sânge şi celulele regiunii efectoare). Ca efector principal în asemenea cazuri ficatul va da curs comenzilor primite restabilind concentraţiile şi raporturile normale dintre substanţele organice. Să admitem, cu titlu de exemplu, că centrii nervoşi sunt informaţi de receptorii zonei reflexogene cu privire la sporirea concentraţiei aminoacizilor în sânge. Doar în baza acestei singure informaţii centrii nu pot elabora o comandă completă întrucât efectorului trebuie să i se indice şi calea metabolică prin care să se realizeze corecţia. Sunt necesare informaţii concomitente şi cu privire la concentraţiile celorlalte substanţe organice. Dacă sporirea proteinemiei se asociază cu valori normale ale lipemiei şi glicemiei, atunci comenzile nervoase şi endocrine vor cuprinde indicaţia reducerii concentraţiei aminoacizilor prin transformarea lor în grăsimi de rezervă, depuse în adipocite, caz în care ţesuturile adipoase sunt implicate ca efectori finali. Dacă, însă, sporirea proteinemiei se asociază cu hipoglicemie sau hipolipemie, atunci excesul de aminoacizi va fi convertit parţial în glucoză (gluconeogeneză), respectiv în acizi graşi plasmatici (liponeogeneză), restul luând calea depozitelor lipidice. Când, dimpotrivă, proteinemia se reduce, comenzile neuroendo-crine vor indica transformarea în aminoacizi (proteoneogeneză) a uneia dintre celelalte două substanţe, mobilizată fie din plasmă – dacă concentraţia ei o permite –, fie din depozitele temporare (glicogenul hepatic) sau permanente (trigliceridele adipoase). Prin analogie se poate stabili mersul proceselor şi pentru cazurile în care modificarea iniţială vizează glicemia sau lipemia.

Din cele de până aici rezultă că pentru substanţele organice menţinerea constantă a concentraţiilor şi raporturilor dintre acestea nu implică echilibrarea între intrările digestive şi ieşirile renale, aşa cum se întâmpla în cazul celor anorganice. Adevăratul şi unicul ofertant de substanţă organică pentru mediul intern este ficatul în calitatea sa de uzină chimică a organismului. Interpus ca mijlocitor activ între cele două medii – cel extern, care îl aprovizionează discontinuu cu materii prime şi cel intern, care îi solicită continuu materii finite, ficatul este obligat să-şi asigure rezerve de materii prime. Integrarea neuroendocrină, prin care se realizează în timpul evoluţiei această acordare cantitativ-calitativă, a determinat şi apariţia unor acte comportamentale ale organismului îndreptate în acelaşi sens. Numeroase specii de animale, independent de poziţia ocupată în scara

190

evolutivă, dar cu o organizare superioară a sistemului neuroendocrin, desfăşoară instinctiv acte comportamentale de stocare în exterior a alimentelor fie după o prealabilă prelucrare (albine), fie neprelucrate (veveriţă). Omul, fiinţă bio-psiho-socio-culturală, desfăşoară în acest sens acţiuni raţionale complexe, bazate pe cunoaştere, prin care se urmăreşte, pe lângă realizarea de rezerve alimentare, şi o structurare a profilurilor alimentare şi a comportamentelor, astfel încât organismul, în general şi ficatul, în special, să fie degrevate în cât mai mare măsură de sarcina interconversiei substanţelor organice. Toate acestea ducând, în fond, la transformarea mediului extern într-un ofertant cât mai apropiat valoric de calitatea de ofertant direct deţinută de ficat.

La acest punct al discuţiei se impune o ultimă precizare. Homeostazia mediului intern nu numai în plan chimic, ci în general, nu deţine un scop în sine. Ea este o condiţie necesară desfăşurării metabolismului, o cerinţă reclamată de celule care, astfel, deţin calitatea de beneficiari ai homeostaziei. În această ipostază celulele nu pot fi generatoare de homeostazie. Ele o pretind, altcineva trebuie să le-o ofere. Cu atât mai mult cu cât metabolismul, care o reclamă în mod imperios, tocmai prin desfăşu-rarea lui o distruge în mod necesar. Încât, la restabilirea şi întreţinerea homeostaziei mediului intern în plan chimic vizând substanţele organice ţesuturile beneficiare nu pot contribui. Singurul generator de homeostazie organo-chimică este ficatul. De aici se naşte concluzia: ca generator de homeostazie, ficatul (hepatocitele) nu poate fi şi beneficiarul ei, cel puţin nu în aceeaşi măsură ca restul celulelor. Or, tocmai acesta este adevărul. Sângele portal care vine de la tubul digestiv şi scaldă hepatocitele nu este homeostazat, conţinutul lui în proteine, lipide şi glucide fluctuând între limite extrem de largi.

XII. 4. Integrarea neuroendocrină în mediul extern Cele două planuri – intern şi extern – nu constituie obiective distincte

ale integrării, ci doar fazele unui proces unitar menit să asigure nivelul optim scăzut al entropiei sistemului viu elementar – celula – şi, prin aceasta, a sistemului viu supraunitar – organismul. Optimul entropic este exprimat în plan fiziologic de homeostazie. Considerată ca o condiţie a vieţii homeostazia este o stare necesară spaţiului intracelular. Pentru ca ea să se menţină în condiţiile realizării schimburilor de substanţă, energie şi informaţie cu mediul intim extracelular (mediul intern al organismului), este necesar ca şi acesta din urmă să fie constant în plan fizico-chimic, deci să se bucure de homeostazie proprie. Cum şi mediul intern realizează schimburi cu cel extern, menţinerea homeostaziei sale devine, la rândul ei, dependentă de constanţa fizico-chimică a partenerului extern, deci, de menţinerea unei „homeostazii” a ambientului. În fapt, homeostazia

191

mediului intern (extracelular) şi cea a mediului extern organismului sunt necesare nu ca scopuri în sine, ci ca modalităţi de asigurare a homeostaziei propriu-zise din spaţiul intracelular. La nivelul celor trei compartimente – exterior, interior şi intracelular – variaţiile parametrilor fizico-chimici se petrec între limite valorice ce se restrâng progresiv în aceeaşi ordine, ceea ce denotă o creştere în acelaşi sens a eficienţei mecanismelor integratoare. Aceste mecanisme sunt comune în esenţa lor ultimă, dar diferite în formele de realizare. Numai sub acest ultim aspect suntem îndreptăţiţi să vorbim de niveluri de integrare diferite.

Relaţiile organismului pluricelular cu mediul extern se desfăşoară în trei planuri: material (substanţă), energetic şi informaţional. Ca urmare, şi integrarea organismului în ambient vizează aceleaşi planuri, fără ca prin aceasta să se înţeleagă că este vorba de etape diferite ce s-ar succeda într-o ordine anume. Relaţiile între cele trei planuri sunt concomitente, iar prevalenţa, în anumite momente, a unora sau altora dintre ele nu poate conduce la disjuncţii. Substanţa ce pătrunde din exterior în mediul intern este purtătoare, în acelaşi timp, nu numai de energie potenţială la nivelul legăturilor chimice, ci şi de informaţie, prin variaţiile ei calitativ-cantitative. Relaţiile de schimb dintre mediul extern şi mediul intern nu au scop în sine, ci ele sunt aservite exclusiv schimburilor dintre mediul intern şi spaţiul intracelular. În mediul extern există, însă, şi substanţe care, deşi nu fac obiectul schimburilor celulare, prin natura lor chimică pot accede în mod ilicit la nivelul mediului intern şi de aici în spaţiul intracelular, cu toate consecinţele ce decurg din aceasta. Dacă faţă de unele dintre acestea celula se poate apăra, faţă de altele – aşa cum sunt substanţele cu dublă solubilitate (în apă şi lipide) – ea este total vulnerabilă. Tocmai din acest motiv mecanismele ce integrează organismul în mediu au, în mare măsură, şi un rol preventiv, determinând reacţii de evitare a unor asemenea impacte. Pentru situaţiile în care reacţiile de evitare nu au fost eficiente organismul în ansamblul său şi celulele dispun de mecanisme interne de neutralizare şi /sau de estompare a efectelor produse de asemenea impacte.

Deşi, după cum s-a demonstrat, integrarea este un proces unitar, mijloacele prin care se realizează şi se menţine homeostazia în cele trei spaţii sunt de complexitate diferită: biochimice şi biofizice în spaţiul celular, – fiziologice – în spaţiul extracelular (mediul intern) – şi comportamentale – în spaţiul ambiental al organismului. Subliniem faptul că nu este vorba de categorii procesuale disjuncte, ci de niveluri crescânde de complexitate ale unor procesualităţi unitare, în fond de grade diferite de structurare pornind de la componentele subcelulare şi ajungând până la sistemele de organe ce compun organismul. Deşi actul comportamental se realizează prin mijloace fiziologice, iar acestea prin mijloace biochimic-biofizice, valoarea intrinsecă a acestuia nu poate fi redusă la suma

192

însuşirilor lor. Întrucât valoarea întregului rezultă dintr-o asociere integrativă şi nu sumativă a valorilor parţiale.

XII. 4.1. Integrarea neuroendocrină în plan material Necesităţile de substanţă reclamate de celule şi anunţate de senzori

interni specializaţi sunt resimţite la nivelul scoarţei sub forma senzaţiilor – ca mesaje conştientizate discret – şi /sau a stărilor generale – ca mesaje conştientizate difuz. În baza mesajelor primite sistemul nervos declanşează, direct pe căi neuronale sau indirect pe căi hormonale, reacţii de răspuns în plan comportamental menite să asigure satisfacerea necesităţilor celulare. Astfel, reducerea concentraţiilor de substanţe organice în mediul intern, ca urmare a scăderii aportului alimentar, sau a consumului intern excesiv, determină apariţia, într-o primă fază, a senzaţiei de foame, apoi în faza următoare, a unei stări generale de disconfort (ameţeli, leşin) determinată cu precădere de scăderea glicemiei. În cazul în care hrănirea (alimentaţia la om) se face la intervale regulate senzaţia de foame poate fi declanşată înainte de afectarea homeostaziei prin condiţionare reflexă, excitantul fiind însuşi timpul. Găsim în aceasta încă o dovadă a rolului anticipativ al senzaţiilor, sistemul nervos fiind astfel nu numai încunoştinţat de afectarea homeostaziei, ci şi avertizat cu privire la iminenta producere a acesteia. Dacă homeostazia este afectată prin scăderea concentraţiilor substanţelor anorganice (în special a ionilor minerali), deşi aceasta poate fi datorată tot scăderii aportului alimentar, mesajele generate prin intermediul interoceptorilor nu determină apariţia senzaţiei de foame, ci direct o anumită stare generală de disconfort (în funcţie de gradul reducerii concentraţiei şi de calitatea ionului implicat).

Senzaţia de foame, conştientizată discret şi starea de disconfort, conştientizată difuz, determină la nivelul centrilor neuroendocrini elaborarea unor comenzi complexe ce se adresează unui număr sporit de efectori somatici şi vegetativi, acţiunile conjugate ale cărora se manifestă sub forma comportamentului alimentar. În esenţa sa ultimă comporta-mentul alimentar este identic la toate speciile, el constând în acţiuni de căutare (procurare) a hranei şi de hrănire propriu-zisă (alimentaţie), ambele desfăşurându-se cu intensitate ce se reduce progresiv până la instalarea senzaţiei de saţietate. Dacă senzaţia de foame a semnalizat apariţia unei necesităţi, senzaţia de saţietate va semnaliza satisfacerea acesteia. Privit din acest unghi, comportamentul alimentar îşi dezvăluie finalitatea doar în plan cantitativ, nu şi calitativ. Întrucât, însă, receptorii din zona reflexogenă sunt discriminativi şi nu globali, ei informează centrii neuroendocrini despre reducerea sau creşterea concentraţiei fiecăreia dintre substanţele organice sau anorganice, astfel încât comenzile date efectorilor vor purta şi o amprentă calitativă. Pe această bază comportamentul alimentar va consta

193

nu în căutarea hranei în general, ci a unui anumit fel de hrană, nu în hrănirea (alimentaţia) fără discernământ, ci în hrănirea selectivă. Asemenea informaţii stau la baza unor procese neuroendocrine prin care sunt determinate preferinţele alimentare. Această latură calitativă a finalităţii comportamentului alimentar poate fi privită şi ca o modalitate de cruţare a ficatului, în primul rând, a tuturor celulelor, în al doilea rând. Preferinţele alimentare resimţite în mod obiectiv asigură restabilirea raporturilor optime dintre proteine, lipide şi glucide la nivelul mediului intern fără efortul hepatic de interconversie a lor. Dacă ambientul este sărac în oferte şi organismul nu are din ce selecta, atunci comportamentul alimentar se rezumă doar la latura cantitativă a finalităţii sale, echilibrarea raporturilor dintre substanţele organice rămânând în sarcina exclusivă a ficatului. Omul, informat asupra unor astfel de realităţi, îşi dirijează comportamentul alimentar pe baze raţionale, chiar dacă prin aceasta este obligat uneori să-şi învingă anumite înclinaţii determinate mai mult subiectiv pe baze organoleptice.

XII. 4.2. Integrarea neuroendocrină în plan energetic În toate acţiunile fizice, ca şi în procesele psihice, toate ţinând de

raporturile sale cu mediul extern, organismul cheltuieşte energie metabolică stocată în ATP. Cum, însă, atât utilizarea, cât şi refacerea energiei din stocuri sunt procese ce se desfăşoară exclusiv la nivelul spaţiului intracelular, ni se pare logic să subscriem ideii potrivit căreia variaţiile energetice în acest plan nu necesită analizatori specializaţi la nivelul mediului intern. Aceasta nu trebuie să conducă la concluzia că variaţiile stocurilor energetice intracelulare nu au şi un ecou extracelular. Un consum sporit de ATP la nivelul celulelor duce la creşterea concentraţiei ADP şi a PO4

3+ şi în mediul intern al organismului (extracelular). Încât, chiar dacă nu există asemenea analizatori interni, specializaţi pentru sesizarea acestor produşi de degradare a ATP-ului, prezenţa lor în lichidul interstiţial nu poate rămâne fără consecinţe, în primul rând la nivelul neuronilor corticali. Aceştia poartă pe membrana lor situsuri (receptori membranari) la care s-ar putea lega stereospecific adenozindifosfatul. Când efortul fizic şi /sau intelectual se prelungeşte în timp sau atinge o intensitate mare într-un interval scurt, concentraţia ADP creşte peste o anumită valoare prag şi, ca urmare, situsurile specifice de pe membrana neuronală încep să fie ocupate progresiv de acesta. Legarea ADP-ului la membrana neuronilor corticali determină apariţia stării de oboseală (uneori numită senzaţie), constând într-o reducere a reactivităţii lor faţă de stimuli. Ca şi senzaţiile, starea de oboseală semnalează afectarea homeostaziei organismului, în plan energetic în acest caz şi, implicit, necesitatea imperioasă a refacerii resurselor de ATP. Cum însă, reducerea valorii raportului ATP /ADP s-a

194

produs în acest caz ca urmare a faptului că viteza de utilizare a ATP-ului a depăşit viteza de refacere a lui şi nu ca o consecinţă a epuizării materiale (substanţe organice furnizoare de H), satisfacerea acestei necesităţi nu va reclama aport de substanţă organică din exterior, ci doar un interval de timp în care să aibă loc refacerea raportului ATP /ADP. În consecinţă, sistemul neuroendocrin va iniţia şi întreţine un comportament adecvat acestui scop: odihna, inclusiv somnul. Ne grăbim să adăugăm că, deşi reducerea valorii raportului ATP /ADP este implicată în instalarea somnului, ea nu epuizează mecanismele acestuia. Prin intervalul de odihnă se acordă timpul necesar pentru ca celulele să îşi refacă ATP-ul, timp în care consumul lui este redus la minim.

Dacă reducerea raportului ATP /ADP în spaţiul celular, reflectată şi în spaţiul extracelular, poate avea loc în oricare zonă a organismului, determinând creşterea concentraţiei ADP în tot mediul intern, apariţia stării de oboseală este legată exclusiv de acţiunea ADP –ului asupra neuronilor corticali, scoarţa fiind singurul centru la nivelul căruia sunt conştientizate discret, respectiv difuz senzaţiile şi stările generale ale organismului. Întrucât este puţin probabilă trecerea ADP-ului prin bariera hemato-encefalică, din plasmă în lichidul cefalorahidian şi, chiar dacă aceasta s-ar produce, este greu de admis o difuzie rapidă a acestuia spre cortex, rămâne de considerat că starea de oboseală este determinată doar, sau în cea mai mare măsură de creşterea locală la nivelul interstiţiului cortical a concentraţiei de ADP, ca urmare a solicitării mai mari a neuronilor atât în timpul eforturilor fizice, cât şi intelectuale. Din aceste motive consumul sporit al ATP-ului în arii corticale mai restrânse sau mai extinse duce la creşterea aici a concentraţiei ADP-ului şi la instalarea stării de oboseală zonală, respectiv generalizată. Astfel, dacă se execută ritmic mai multe tracţiuni la un ergograf prin flectarea degetelor de la membrul superior, oboseala ce apare la un moment dat, manifestată prin scăderea amplitudinii contracţiilor sau chiar prin oprirea lor, interesează doar zona corticală implicată, performanţa contractilă a altor segmente corporale nefiind afectată. Dacă în realizarea efortului sunt implicate zone corticale mai largi, cu participarea mai multor lanţuri musculare, atunci oboseala este generalizată. Că în ambele cazuri este vorba de oboseală corticală şi nu musculară o dovedeşte faptul că, în cazul de mai sus, prin aplicarea unor stimuli electrici direct pe nervul motor sau pe organul muscular, activitatea contractilă a flexorilor degetelor mai poate continua încă un timp destul de lung. Prin administrarea unor substanţe (exemplu cofeina), capabile să împiedice legarea ADP-ului de situsurile de pe membranele neuronale, instalarea stării de oboseală poate fi amânată pentru un anumit interval de timp. Efectul unor astfel de substanţe este dependent de specificul

195

metabolic individual, de particularităţile neuronale şi de anumite circumstanţe.

Disponibilităţile energetice ale organismului, concretizate în stocurile celulare de compuşi macroergici (ATP şi CP) sunt afectate prin desfăşurarea oricăror procese fiziologice active, independent de implicarea acestora în integrarea pe plan intern sau în aceea pe plan extern. În condiţii fiziologice de viaţă consumurile energetice ale organismului în raporturile cu lumea exterioară sunt mult mai mari, chiar dacă ele sunt episodice, decât cele ce vizează întreţinerea homeostaziei în plan intern. Tocmai din acest motiv integrarea în plan energetic a fost tratată doar din perspectiva raporturilor organismului cu mediul extern. În fapt, compuşii macroergici nu sunt supuşi unui consum propriu-zis, ci ei doar se desfac şi se refac permanent, ceea ce se consumă cu adevărat fiind acidul piruvic provenit din degradarea parţială a substanţelor organice. Rolul compuşilor macroergici este acela de acumulatori ai energiei chimice cuantificată la valori superioare. Procesele energetice pot fi imaginate sub forma unui lanţ deschis de etape ce se succed mereu în aceeaşi ordine (fig. 68).

Capătul iniţial al lanţului constituie polul de intrare a substanţelor nutritive (glucide, lipide, protide) în calitatea lor de furnizoare de hidrogen, trecând prin faza de acid piruvic. Arderea hidrogenului cu oxigenul respirator va pune în libertate energia chimică, cuantificată la valori inferioare, care va fi utilizată la refacerea ATP-ului şi astfel acumulată într-o cuantă de valoare superioară ce va putea fi eliberată la nevoie (ieşire) în contracţie, sinteze şi transporturi transmembranare.

Fig. 68

Lanţul proceselor energetice la nivel celular; creşterea şi scăderea valorii raportului ATP / ADP.RESP – respiraţie; e – cuantă microergică; E – cuantă macroergică

De aici se poate deduce că valoarea raportului ATP /ADP poate să

scadă atât prin creşterea utilizării (în ritmul refacerii sau mai rapid) produsului macroergic la ieşirea din lanţ, sau prin reducerea aportului de

196

produşi microergici la intrare, cât şi prin ambele modalităţi. Dintre acestea prima modalitate este dominantă la organismul aflat în condiţii fiziologice normale, celelalte fiind prezente în situaţii fiziologice nenormale (subnutriţie, malnutriţie, inaniţie), respectiv în situaţii patologice. În acest din urmă caz, creşterea utilizării ATP-ului este datorată angajării unui număr mare de mecanisme active prin care sistemul integrator încearcă să readucă entropia organismului la nivel optim, să refacă, deci, starea de sănătate întrucât, starea patologică nu este altceva decât expresia unui nivel crescut al entropiei.

XII. 4.3. Integrarea neuroendocrină în plan informaţional Adevărata existenţă a organismului (euribioza), implicând relaţii

obligatorii cu lumea înconjurătoare, nu poate fi concepută în afara capacităţii acestuia de a se orienta în raport cu circumstanţele favorabile şi defavorabile şi de a selecta din mulţimea de oferte material-energetice pe cele adecvate intereselor sale de moment. Însăşi existenţa analizatorilor exteroceptivi este determinată de o asemenea necesitate, iar coexistenţa segmentelor terminale ale acestora la nivelul aceluiaşi centru (neocortexul cerebral), la care au acces şi informaţiile stocate în memorie, nu reprezintă decât expresia nevoii de prelucrare a tuturor mesajelor utile la un moment dat. Prin permanenta raportare a informaţiilor actuale la cele stocate într-o experienţă anterioară sistemul nervos dobândeşte şi capacitatea de anticipare încât, orice acţiune întreprinsă cu participarea scoarţei cerebrale nu se circumscrie exclusiv prezentului, ci şi trecutului şi viitorului mai mult sau mai puţin îndepărtat.

Extinderea temporală în ambele sensuri faţă de prezent dă conţinut stării conştiente. Ca urmare, conştienţa este o stare graduală al cărei nivel este determinat atât de cantitatea şi calitatea informaţiilor receptate actual şi a celor stocate, cât şi, mai cu seamă, de calitatea şi rapiditatea prelucrării lor din care rezultă calitatea şi distanţa în timp a anticipării. Rolul informaţiilor stocate în timp este esenţial. Când un stimul extern acţionează asupra unui câmp receptor organismul răspunde în mod specific acestuia. Ca urmare, în memorie vor fi stocate informaţii nu numai cu privire la stimulul declanşator de acţiune, ci şi cu privire la acţiunea însăşi, indiferent dacă aceasta a fost sau nu adecvată (corectă).

Ulterior, orice informaţie externă receptată la momentul prezent va declanşa la nivel cortical, pe lângă procesele specifice producătoare de senzaţii şi stări generale, şi un proces de „căutare” în stocul preexistent (memorie) atât a unor informaţii corespondente cu stimulul actual, cât şi al unora privitoare la răspunsul dat în trecut unui stimul identic sau similar (fig. 69).

197

Fig. 69 Acţiunile şi comportamentele actuale se bazează pe experienţă şi sunt proiective.

S – stimul actual; R – receptor; E – efector; 1-4 – ordinea desfăşurării proceselor în timp.

Dacă o asemenea corespondenţă este găsită în stoc, informaţia

actuală va fi considerată ca re-cunoscută şi ea va fi supusă unei prelucrări de complexitate sporită, împreună cu elementele informaţionale aparţinând experienţei anterioare de acelaşi tip. În aceste condiţii, comportamentul declanşat ca răspuns la acţiunea unui stimul actual va avea un grad sporit de adecvare şi un cost energetic redus, include, pe lângă determinări actuale şi predeterminări izvorâte dintr-o experienţă similară. Dacă, însă, stocul informaţional este mai sărac şi, din acest motiv, stimulului actual nu i se găsesc elemente corespondente la nivelul lui, atunci sistemul integrator „solicită” culegerea unor informaţii suplimentare cu privire la detaliile acestuia. Dacă nici lor nu li se găseşte în memorie o corespondenţă directă sau apropiată, atunci se solicită informaţii cu privire la circumstanţele în care a apărut şi acţionează stimulul actual sau, dacă şi acestea au aceeaşi soartă, atunci sistemul trece în „aşteptarea” unei noi schimbări, a unui nou stimul ce poate fi corelat în timp şi spaţiu cu cel dintâi. Această fază se concretizează în adoptarea de către organism a unei atitudini (comportament) ce trădează nu numai o stare de maximă concentrare a atenţiei, ci şi de alertă generală, de pregătire pentru întreprinderea oricărei acţiuni posibile (descărcările de catecolamine măresc atât excitabilitatea neuromusculară, cât şi glicemia). Costul energetic foarte ridicat în această fază nu conduce însă la o îmbunătăţire a calităţii comportamentului de răspuns la stimuli, în cazul în care răspunsul va fi declanşat, ci dimpotrivă.

198

Aceasta din cel puţin două motive. În primul rând, pentru că acţiunea de răspuns va avea doar o determinare actuală nu şi o pre-determinare, în memorie nefiind găsite corespondenţele necesare şi, în al doilea rând, pentru că maxima concentrare a atenţiei duce la generarea pe scoarţă a unui puternic focar de excitaţie care induce în jur o stare de inhibiţie.

Consecinţele determinate de „căutarea” febrilă în memorie a unor corespondenţe şi de aşteptare a unor stimuli noi ce ar putea să apară, generează o stare de insecuritate, de disconfort general prin incertitudine. Starea de insecuritate anunţă, în fapt, afectarea homeostaziei organismului în plan informaţional, precaritatea în conţinut a depozitului de engrame, şi – deci – apariţia unei necesităţi specifice: necesitatea de îmbogăţire a stocului informaţional (experienţei). Comportamentele reflexe de investigare a ambianţei, de aşa-numita „foame” de stimuli observate la animale, precum şi de curiozitate la om, nu reprezintă decât modalităţi prin care o astfel de necesitate poate fi satisfăcută. Dacă apariţia necesităţii genera starea de insecuritate, de nelinişte, satisfacerea ei va fi anunţată prin apariţia stării de siguranţă, de linişte. Cum însă lumea exterioară este din ce în ce mai dinamică şi fiinţa umană însăşi într-o permanentă transformare bio-psiho-socio-culturală, starea de siguranţă este pasageră, ea caracterizând intervale de timp tot mai scurte, astfel încât, satisfacerea plenară şi de durată a acestei necesităţi rămâne mai mult un deziderat în zilele noastre.

Îmbogăţirea stocului informaţional nu trebuie înţeleasă ca un proces cantitativ, ca o simplă adăugare de informaţii noi peste cele vechi. Ea este, mai cu seamă, un proces calitativ întrucât orice nouă achiziţie presupune o anume selecţie realizată în etape succesive şi la niveluri diferite ale sistemului nervos. Pe de altă parte, conţinutul stocului informaţional se restructurează cu fiecare nouă achiziţie, dobândind noi valenţe în planul integrării. Deşi este determinată genetic şi, în interiorul acestor limite, ea este educabilă, dinamica restructurării stocului informaţional scade sensibil cu vârsta. Ca orice regulă, însă şi aceasta îşi are excepţiile ei.

199

XIII. SFERELE INTEGRĂRII FIINŢEI UMANE

Cele patru dimensiuni ale fiinţei umane – biologică, psihologică,

socială şi culturală – se dezvoltă în ontogenie în baza tot atâtor determinări omonime. În fapt, dezvoltarea lor progresivă are loc prin procese unitare de integrare a fiinţei umane în sferele vieţuirii (biologică), reflectării raţional-afective (psihologică), coexistenţei pe bază de norme (socială) şi a valorizării prin creaţie (culturală). Deşi comune tuturor fiinţelor umane, cele patru dimensiuni cunosc o dezvoltare cu accentuate diferenţieri individuale, cauzele fiind de natură atât genetică, cât şi educaţională.

Determinările genetice, reprezentând doar potenţialităţi pentru devenirea fiinţei umane, sunt puse în valoare în cadrul procesului de instruire şi educare (învăţare). Cu toate că învăţarea poate fi considerată, din perspectivă fiziologică, drept un rezultat al integrării în planuri multiple – integrare bazată pe mecanisme de tip reflex –, din perspectiva generală a fiinţei umane ea nu poate fi redusă la simpla sumă a rezultatelor integrării în cele patru sfere ale existenţei şi devenirii. Achiziţia şi stocarea informaţiilor nu sunt decât premise ale învăţării, procesul în sine constând în prelucrarea specifică la nivel cortical – nivel condiţionat atât de activitatea centrilor subiacenţi, cât şi de aceea a subsistemului endocrin – a informaţiilor provenind din cele trei segmente temporale: prezent – cele receptate actual –, trecut – cele stocate în memorie – şi viitor – cele anticipate ( prevăzute). În conescinţa unei astfel de prelucrări sunt elaborate comenzi ce se concretizează nu numai în acte comportamentale reci, ci şi în efecte de natură psiho-afectivă. Acestea din urmă, la rândul lor, nu sunt o simplă „coloratură” a comportamentelor, ci componentele lor intrin-seci. Ele constituie, pe de o parte, modalităţi hedonice de evaluare a acţiunii, pe lângă cele pur praxiologice şi, pe de altă parte, mijloace interioare de întreţinere şi dezvoltare a motivaţiilor, pe lângă cele exterioare. Încât, orice acţiune întreprinsă în scop integrator (de reducere a entropiei sistemului) în sferele biologică, socială sau culturală deţine şi o componentă psihologică-afectivă. În fapt, însăşi

200

dezvoltarea dimensiunii psihologice a fiinţei umane este, în mare măsură, o consecinţă a desfăşurării raporturilor dintre dimensiunea sa biologică (de origine internă), ce îşi revendică dreptul la satisfacerea necesităţilor sale specifice de vieţuire şi dimensiunile socială şi culturală (de origine externă), ce îşi impun normele prin care se asigură satisfacerea necesităţilor coexistenţei şi valorizării prin creaţie.

Integrarea fiinţei umane în oricare dintre cele patru sfere ale existenţei şi devenirii se realizează în baza aceluiaşi principiu cibernetic – actul de tip reflex – şi urmăreşte aceeaşi finalitate – optimul entropic –, chiar dacă modalităţile şi mijloacele concrete sunt diferite. Homeostazia ca stare generală ce exprimă nivelul optim al entropiei poate fi afectată pe numeroase căi aparţinând uneia sau alteia dintre cele patru sfere. Independent de calea afectării şi de sfera din care provine, creşterea entropiei este sesizată la nivel cortical (cu participarea centrilor subiacenţi şi a subsistemului endocrin) sub forma unor senzaţii specifice sau a unor stări mai mult sau mai puţin generalizate, fiecare anunţând, în fapt, apariţia unei anumite necesităţi într-una dintre cele patru sfere. Satisfacerea necesităţii apărute, prin care nivelul entropiei este readus la valoarea optimă, se instituie ca motivaţie ultimă a actelor comportamentale declanşate şi întreţinute prin mecanisme neuroendocrine. Odată cu satisfacerea necesităţii entropia este readusă la valoarea ei optimă şi aceasta este sesizată, tot la nivel cortical, sub forma altor senzaţii şi stări, opuse ca semnificaţii celor dintâi. Starea de disconfort, de o anume nelinişte resimţită la apariţia necesităţii nu reprezintă decât expresia în plan psihic a creşterii entropiei, aşa cum starea de confort, de o anume împăcare resimţită în timpul şi după satisfacerea necesităţii este expresia în acelaşi plan a revenirii entropiei la nivel optim. Încât, integrarea fiinţei umane în oricare dintre cele patru sfere, realizată nemijlocit prin mecanisme neuroendocrine, este nu numai reflectată sub forma trăirii sentimentelor de insatisfacţie şi satisfacţie, de nelinişte şi împăcare, ci şi controlată, dirijată şi modulată de planul psihic tocmai în raport cu aceste trăiri. Cum însă trăirile sunt puternic individualizate, integrarea fiinţei umane în cele patru sfere ale existenţei şi devenirii dobândeşte un pronunţat caracter subiectiv şi aceasta nu numai în ceea ce priveşte modul de realizare, ci şi, între anumite limite, în privinţa realizării în sine a integrării (excesul, amânarea, abstinenţa). De aici şi marea variabilitate individuală şi de grup în această direcţie.

Dezvoltarea dimensiunii psihologice a fiinţei umane, deşi este un proces unitar şi fluent, poate fi împărţită în trei etape în funcţie de

201

prevalenţa uneia sau alteia dintre determinările sale. Într-o primă etapă ea se datorează exclusiv raporturilor dintre cerinţele biologice (ale Sinelui dat genetic) şi normele socio-culturale. Întrucât normele au un pronunţat caracter restrictiv faţă de cerinţe, aceste raporturi au o pregnantă tentă conflictuală generatoare, în plan psihic, a sentimentului de frustrare. Valoarea forţei cu care se revendică satisfacerea cerinţelor biologice fiind o particularitate individuală determinată genetic, intensitatea sentimentului de frustrare la impactul cu norma socio-culturală va fi direct proporţională cu aceasta. Într-o asemenea etapă norma este respectată numai întrucât ea este impusă. În etapa a doua, dezvoltarea dimensiunii psihologice, deja apărută, are loc preponderent în baza raporturilor specifice dintre cerinţele acesteia (ale Eului constituit) şi normele socio-culturale care, pe măsură ce îşi dezvăluie bogăţia de semnificaţii şi caracterul raţional, sunt integrate progresiv acestei dimensiuni, ele devenind elemente constitutive proprii şi operaţionale pentru individ. În această etapă norma este respectată numai întrucât îşi dovedeşte raţional utilitatea (necesitatea). Respectarea normei devine astfel din impusă, liber consimţită şi intensitatea sentimentului de frustrare se estompează. În fine, în a treia etapă, dezvoltarea în continuare a dimensiunii psihologice devine o dezvoltare exclusiv intrinsecă, lăuntrică, deci, o autodezvoltare în baza raporturilor interne specifice dintre cerinţe în general (biologice, psihologice, sociale şi culturale) şi normele socio-culturale interiori-zate şi, astfel, transformate în „bunuri” proprii (constituirea Supraeului). În această etapă respectarea normei devine o chestiune nu numai liber, ci şi cu bucurie consimţită, întrucât norma acţionează acum din interior, unde ea a fost integrată în structurile specifice ale nivelului psihologic. Fiinţa umană devine astfel fiinţă morală. Respectarea normei devine o problemă de necesitate interioară deoare-ce numai astfel se asigură, pe acest plan, valorizarea Eului în ochii proprii şi ai celorlalţi. Din aceleaşi motive, respectarea normei, care în prima etapă genera un vădit sentiment de frustrare, va genera acum un sentiment de împlinire.

Dezvoltarea dimensiunii psihologice prin traversarea celor trei etape şi împlinirea integrală a conţinutului fiecăreia reprezintă cazul cel mai fericit, aproape de idealul fiinţei umane. În realitate, indivizii umani se situează la distanţe diferite de acesta, întrucât dezvoltarea dimensiunii psihologice este în mai mare măsură dependentă de calitatea normelor şi de modul în care ele sunt aplicate, decât de forţa cu care se revendică cerinţele; în mai mare măsură, dar nu exclusiv.

202

Tocmai din acest motiv subliniam mai sus că nu este posibilă o corelare a fiecărei etape de dezvoltare a Eului cu anumite etape de vârstă biologică. Există indivizi maturi, chiar vârstnici care au rămas doar la nivelul de dezvoltare specific primei sau, cel mult, celei de-a doua etape, după cum există indivizi tineri, chiar adolescenţi care, în precocitatea lor ce s-a întâlnit în mod fericit cu un cadru socio-cultural adecvat, au reuşit să străbată toate cele trei etape, rămânând ca, în continuare, ei nu numai să le împlinească integral conţinutul, ci şi să-l îmbogăţească (premise ale genialităţii).

Dacă dezvoltarea dimensiunii psihologice este un proces complex ce se desfăşoară postnatal, geneza acesteia are loc încă în viaţa intrauterină, la un moment în care sistemul nervos atinge un anumit nivel de structurare (nu numai de alcătuire!). Geneza în perioada intrauterină se datorează, cel mai probabil, unor forme simple de trăire a stărilor de confort şi disconfort cu origine în planul biologic, al cărui nivel entropic poate fi situat la o valoare optimă sau uşor crescută. Nu poate fi exclusă în această etapă nici contribuţia unor senzaţii (proprioceptive, labirintice, tactile şi, posibil, gustative), chiar dacă acestea sunt mai puţin discrete decât cele din perioada postnatală. Este posibil, de asemenea, ca unele elemente constitutive ale acestor trăiri să fie stocate ca atare în memorie, ele formând primul sistem de referinţă la care vor fi raportate apoi primele informaţii externe din timpul parturiţiei şi imediat după aceasta. Ca urmare, se poate spune că fiinţa umană nu vine pe lume doar cu o singură dimensiune, cea pur biologică. Mai mult chiar, la naştere scoarţa cerebrală are preformate anumite arhetipuri de gândire ca primordii pentru dezvoltarea ulterioară în această direcţie. Unor astfel de realităţi este greu să le stabilim determinările şi mecanismele de apariţie. Oricum, aceste arhetipuri trebuie considerate exclusiv ca potenţialităţi şi nu ca forme ale unei „eredităţi” sociale şi culturale cu un conţinut de norme concrete. Ar fi însă greşit să considerăm că fiinţa umană vine pe lume ca entitate biologică desăvârşită şi că dezvoltarea ei ulterioară ar interesa doar celelalte trei dimensiuni date prin naştere ca potenţialităţi. În fapt, fiinţa umană deţine la naştere toate cele patru dimensiuni în formele lor incipiente, de start pentru dezvoltarea lor ulterioară. Că aceste forme, concretizate în premise materiale (de alcătuire) şi relaţionale (de structură), sunt în mai mare sau mai mică măsură constituite la naştere, aceasta nu schimbă esenţa problemei întrucât toate au încă un drum lung de străbătut până la desăvârşire. În plan pur biologic unele funcţii, cum sunt respiraţia şi digestia, încep

203

abia imediat după actul parturiţiei, în timp ce o alta – funcţia de reproducere – devine actuală mult mai târziu. Însăşi funcţia de integrare în sfera biologică este precară în plan intern şi aproape exclusiv potenţială în plan extern (totala neajutorare a noului născut).

Faptul că fiinţa umană vine cu cele patru dimensiuni doar în formele lor incipiente şi potenţiale şi, din acest motiv, inoperante la parametrii valorici specifici, constituie, desigur, un mare dezavantaj. Nu de puţine ori se afirmă, cu real temei, că fiinţa umană este la naştere cea mai neajutorată şi, din acest motiv, considerată, fără temei real, ca involuată în acest stadiu comparativ cu speciile de animale superior organizate. În realitate, acest dezavantaj nu este altceva pentru fiinţa umană decât tributul plătit pentru propria sa superioritate.

Raţiunea specific umană, dezvoltată, prin mecanisme încă necunoscute, din inteligenţa proprie şi animalelor superioare, a transformat lumea înconjurătoare dintr-un ambient limitat într-un univers nemărginit. Cât este ea – raţiunea – un rezultat al reflectării acestui univers şi cât este ea un dat pentru reflectarea acestuia, reprezintă o chestiune ce nu trebuie gândită unilateral şi în sincronism, ci contextual şi în diacronism, devenirea lumii însăşi fiind rezultatul unei evoluţii teleonomice. Universul existenţial al fiinţei umane este nu numai nemărginit în spaţiu, ci şi infinit variabil în conţinut, el aflându-se dintotdeauna, dar mai cu seamă după apariţia omului într-o permanentă transformare. În aceste condiţii, integrarea raţională a fiinţei umane devine un proces nu numai cu o complexitate maximă, ci şi cu o dinamică accentuată. Încât, realizarea ei exclusiv în mod nemijlocit, doar în baza experienţei proprii nu ar fi posibilă, aceasta însemnând, în fapt, o retrăire directă la nivel individual a istoriei, cu un maxim consum de timp şi cu un minim câştig de progres. De aceea, în dezvoltarea postnatală a fiinţei umane se impune cu necesitate parcurgerea unei prime etape în care ponderea majoră să o deţină integrarea mijlocită de experienţa generaţiilor anterioare, experienţă concentrată într-o asociere integrativă de reguli, norme şi legi ce trebuie însuşite (şi respectate). Încât, integrarea mijlocită se bazează pe învăţarea prin educaţie şi instruire, spre deosebire de integrarea nemijlocită care are la bază învăţarea prin experienţă proprie. Cu cât universul existenţial este mai complex şi mai dinamic, cu atât etapa integrării mijlocite va fi mai lungă şi mai bogată în conţinut. Astfel, „copilăria prelungită” a omului dobândeşte justificarea necesară. Desigur, complexificarea crescândă a universului existenţial impune, la un moment dat, o prelungire a etapei de integrare mijlocită până la

204

limita dincolo de care ea s-ar transforma într-un dezavantaj atât în plan individual, cât şi social. Un astfel de impas nu poate fi depăşit decât prin modificarea calitativă a conţinutului ei şi prin adoptarea unei alte tehnologii a însuşirii acestuia (reformarea procesului de învăţare). Copilăria prelungită a fiinţei umane, ca tribut plătit pentru propria sa superioritate, aduce şi un imens avantaj. Anume acela că, venind pe lume cu cele patru dimensiuni doar în stadiile lor incipiente, fiinţa umană şi le va putea dezvolta în această etapă nu numai concomitent şi unitar, ci şi în deplină concordanţă cu un univers existenţial în mişcare: cel care a fost – prin integrare mijlocită şi retroactivă –, cel care este – prin integrare nemijlocită – şi cel care va fi – prin integrare anticipativă bazată pe imaginare proiectivă. Încât fiinţa umană ca entitate constituită trebuie considerată ca fiind un „produs” ce închide în el determinări bio-psiho-socio-culturale cu extensie temporală atât dincoace, cât şi dincolo de timpul trăit.

În conformitate cu mecanismul unic – actul reflex –, integrarea fiinţei umane reprezintă o procesualitate informaţională interactivă desfăşurată la nivelul unor ansambluri organale unitare, alcătuite şi structurate pe un principiu comun – acela al reflectării. Un asemenea ansamblu unitar prezintă o intrare, la nivelul căreia pătrund informaţiile actuale din mediul extern sau intern, un centru, la nivelul căruia există şi se dezvoltă un stoc informaţional de referinţă, constituit prin învăţare mijlocită (educaţie şi instruire) şi nemijlocită (experienţă proprie) şi unde au loc prelucrarea informaţiilor şi elaborarea comenzilor şi o ieşire, la nivelul căreia comenzile sunt materializate în reacţii de răspuns şi acte comportamentale. În acelaşi timp, stocul informaţional de referinţă poate constitui şi în sine o sursă de comenzi, fără participarea informaţiilor actuale, elaborarea lor având, în acest caz, o motivaţie interioară cu originea în acelaşi stoc întrucât permanenta restructurare a informaţiilor depozitate în memorie generează efecte cu caracter nu numai retroactiv, ci şi anticipativ (proiectiv). Încât, prin prelucrarea raţional-afectivă a informaţiilor din stoc se poate ajunge la structuri sui-generis fără un corespondent direct în realitatea trecută, trăită mijlocit sau nemijlocit. Acest proces dă conţinut ideatic celor ce va să vină, realităţii dorite, adică imaginaţiei. Forma concretă în care acest conţinut se exprimă diferă de la un individ la altul funcţie, în primul rând, de determinările genetice şi, în al doilea rând, de cele formative. Exprimările în forme concrete sau mediat-concrete, ori cele în forme abstracte sau mediat-abstracte sunt apanajul spiritului narativ din domeniile artei, ştiinţei şi

205

filosofiei, respectiv al spiritului creator din aceleaşi domenii. Desigur, între spiritul pur narativ şi cel pur creator există o arie largă în care extremele se amestecă în proporţii diferite, în interiorul acesteia fiind cuprinşi cei mai mulţi dintre indivizii umani. Este vorba aici nu de o distribuţie trimodală, ci de una unimodală.

Având dimensiunea biologică deja constituită pentru un nivel optim de existenţă şi pe celelalte trei în formele incipiente, individul uman vine, prin naştere, într-o lume în care cele patru sfere – biologică, psihologică, socială şi culturală – sunt reconstituite şi cu un anume nivel de dezvoltare condiţionată istoric. Integrarea în această lume, ce stă la baza dezvoltării postnatale şi care se bazează pe principiul reflectării, va duce la dezvoltarea celor patru dimensiuni ale fiinţei umane individuale, astfel încât aceasta devine un produs al lumii căreia îi aparţine, un produs ale cărui dimensiuni poartă amprenta gradului de complexitate – determinat istoric – al sferelor lumii în care a avut loc integrarea. Însă, integrarea nu este un simplu proces de reflectare actuală, ci unul doar bazat pe principiul reflectării. Constituirea şi dezvoltarea depozitului de informaţii conferă fiinţei umane posibilitatea integrării în prezentul trăit prin permanenta raportare la trecut şi prin permanenta anticipare a viitorului. Imaginea viitorului astfel construită poate revela fiinţei umane nu numai aspecte concordante cu lumea reală, ci şi aspecte discordante cu aceasta. Pe lângă faptul că această discordanţă devine o sursă de nemulţumiri interioare, ea se instituie şi ca o sursă de motivaţii pentru unele atitudini critice, precum şi ale unor acţiuni de corectare a lumii, de transformare a ei în sensul unei mai mari apropieri de specificul uman. În acest mod fiinţa umană se dovedeşte a fi nu numai un produs al lumii în care trăieşte, ci şi un creator al ei. La rândul ei, lumea schimbată influenţează dezvoltarea fiinţei prin integrarea în noile circumstanţe, acest dinamism accentuându-se progresiv. Totul este ca viteza cu care se schimbă lumea să nu depăşească viteza cu care se pot realiza procesele integratoare, adaptative ale fiinţei umane, altfel, preţul plătit de aceasta, mai cu seamă la nivelul dimensiunii sale psihologice, se dovedeşte prea mare în comparaţie cu avantajele dobândite prin schimbarea lumii. Menţinerea echilibrului în această direcţie nu se poate realiza pe baza bunului simţ, ci numai pe baza raţiunii. Schimbând lumea, prin îmbogăţirea sferelor ce o compun, fiinţa umană se schimbă, în fapt, pe sine şi, prin aceasta, ea devine produsul propriei sale creaţii. Cum, însă, schimbarea lumii este rodul raţiunii, fiinţa umană se dovedeşte a fi produsul complex rezultat din

206

îmbinarea a două valori majore: aceea a istoriei lumii în care s-a format şi aceea a gândirii proiective prin care s-a transformat. Întrucât însăşi istoria lumii este rodul gândirii predecesorilor, fiinţa umană poate fi considerată ca un produs raţional al Naturii. Doar din această perspectivă şi în acest mod se poate afirma că omul nu reprezintă altceva decât acea parte a Naturii prin care aceasta devine conştientă şi responsabilă de propria sa existenţă.

207

BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ J. E. Birren, K. W. Schaie (eds), Handbook of the Psychology of

Aging, 3rd edition San Diego, Ca: Academic Press, 1990. R. H. Carpenter, Neurophysiology, Arnold, London, 1984. D. Emslie-Smith, C. Paterson, T. Scratcherd, N. Read, Textbook

of Physiology, Eleventh edition, Churchill Livingstone, Edinburgh, London, Melbourne, New York, 1988.

A. C. Gayton, Physiologie de l’homme, HRWLTE, Montreal, Toronto, 1974.

E. R. Kandel, J. H. Schwartz, Principles of Neural Science, 2nd edition Elsevier, New York, 1985.

J. Laycock, P. Wise, Esential Endocrinology, 2nd edition Univ. Press, Oxford, 1983.

D. Ottoson, Physiology of the Nervous System, Macmillan, London, 1983.

B. B. Wolman (ed.), Handbook of General Psychology, Englewood Cliffs, N.J., Prentice-Hall, 1973.

208

ABREVIERI ÎN TEXT A – anion organic (în special substanţe proteice) ADP – adenozin-di-fosfat (rezultat prin ruperea unei legături

fosfat-macroergice din ATP) AMPc – adenozin monofosfatul ciclic (rezultat prin rupere a

două legături fosfat-macroergice din ATP şi ciclizare. Are rol de mesager intracelular de ordin secund)

ATP – adenozin-tri-fosfat (compus macroergic de stocare a energiei chimice obţinută din oxidarea hidrogenului)

ATP-ază – adenozin-tri-fosfatază (enzimă ce catalizează reacţia de descompunere a ATP în scopul eliberării unei cuante mari de energie necesară proceselor active: contracţie, sinteze, transport activ etc.)

CP – creatin-fosfat (compus macroergic din desfacerea căruia rezultă energia chimică necesară refacerii rapide a ATP)

DNA – acid dezoxiribonucleic (suport al informaţiei genetice stocat în nucleul celulei)

GABA – acid gama-amino-butiric (neurotransmiţător inhibitor) GMPc – guanozin-monofosfatul ciclic (rezultat prin ruperea a

două legături fosfat-macroergice din GTP şi ciclizare. Are rol de mesager intracelular de ordin secund)

GTP – guanozin-trifosfat (compus macroergic de stocare a energiei chimice)

P – ionul fosfat (Po43+)

PA – potenţial de acţiune (variaţie rapidă a potenţialului electric al membranei produsă sub acţiunea stimulului)

PR – potenţial electric de repaus al membranei RNAm – acid ribonucleic mesager (transportă mesajul genetic de

la nucleu la ribozomi) VIP – Vasoactive Intestinal Polypeptid (hormon cu acţiune

digestivă produs de intestin)