BIOFIZICA EXCITABILITII CELULARE

Fenomene electrice membranarecelule excitabile pot reaciona rapid, sub influena factorilor externi stimulatori, prin fenomene electrice membranare (variaii de potenial, semnale electrice) substratul biofizic al mecanismelor de adaptare a sistemelor vii fa de variaiile brute ale parametrilor mediului extern

Ecuaia lui Nernst Potenialul de repaus (Em) transmembranar reprezint suma potenialelor de echilibru pentru principalele specii ionice aflate n mediul extra i intracelular (Na+, K+, Cl-) Relaia Goldman

Potenialul de repausstarea de repaus a celulelor nu corespunde unei distribuii de echilibru termodinamic a ionilor, ci este o stare staionar

Exemple

Tipuri de celul

Tipuri de ioni

Concentraii (mM)

ENa, EK, ECl (mV)

Potenial de repaus (mV)

intracelular

extracelular

Axon gigant de calmar

Na+

K+

Cl-

45

410

40

400

22

560

57

-74

-66

-61

Fibr muscular de broasc

Na+

K+

Cl-

13

138

3

110

2,5

90

55

-101

-86

-99

Eritrocit de om

Na+

K+

Cl-

19

136

78

155

5

112

53

-83

-9

-10

Manifestri electrice induseorice stimul (factor fizic sau chimic) poate produce o destabilizare local a echilibrului electrochimic membanar variaie de potenial electric indus local:HiperpolarizareDepolarizare Laten timpul dintre aciunea stimulului i reacia biochimic responsabil de rspunsul biologic

Manifestri electrice membranare poteniale electrotonice (locale) Stimuli subliminariPropagare decrementalModulare n amplitudineNu modific polaritatea membraneipoteniale de aciune (PA)Stimuli supraliminaliPropagare nedecrementalAscult legea tot sau nimicPresupune inversarea polaritii membranare

Etapele PA Perioada de laten Faza de prepotenial Faza ascendent Faza descendent Faza de postpotenial DEPOLARIZAREREPOLARIZAREPerioada refractar

Conductana canalelor ionice

Exemple

Tipul de celul

Raportul concentraiilor de ioni din mediul intra i

extra celular

Potenialul de echilibru al ionilor (mV)

Valorile potenialelor de repaus i de aciune (mV)

K+

Na+

Cl-

K+

Na+

Cl-

Repaus

Potenial de vrf

Axon gigant de caracati

-88

57

-42

-60

50

Axon de calmar

-90

46

-29

-80

35

Fibr muscular de broasc

-98

49

-105

-88

34

Neuron motor de pisic

-90

60

-70

-70

30

_1131860866.unknown

_1131860871.unknown

_1131860873.unknown

_1131860874.unknown

_1131860875.unknown

_1131860872.unknown

_1131860868.unknown

_1131860870.unknown

_1131860867.unknown

_1131860864.unknown

_1131860865.unknown

_1131860863.unknown

Propagarea pasivPropagare pasiv depinde de proprietile electrice ale membranei

Potenialul local electrotonic produs de stimuli subliminari scade exponenial cu distana

l - constant spaial de lungime membranei

Propagarea regenerativ (recurent) Specific celulelor excitable nemielinizate Mecanism activ stimulare supraliminar transmis din aproape n aproape prin cureni locali Herman Viteza de propagare depinde de caracteristicile electrice ale membranei

Propagarea regenerativ

Propagarea saltatorie Specific fibrelor mielinice Depolarizarea membranei se face numai la nivelul nodurilor Ranvier Intre noduri conducerea se face prin cureni electronici HermanViteza PA crete pn la 100 m/s

Parametrii excitabilitii celulare

Termodinamica transmiterii PAProducerea unui PA = conversia unei pri din energia stocat n gradieni electrochimici transmembranari n energie cinetic a sarcinilor electrice (curent electric) Q (n final)Neuron stimulat surplus de cldur = Cldura de activitate:procesele disipative din timpul PA activitii pompelor pentru refacerea gradienilor electrochimici

Disiparea total de energie n cursul propagrii PA = integral pe durata PA a sumei dintre:energia disipat de fluxuri ionice variaia de energie datorat ncrcrii electrice a membranei variaiile de energie asociate cu tranziiile conformaionale ale canalelor ionice

Canalul neuronal

Canalul neuronal

Transmiterea excitaiei la nivelul sinapselor

Mecanismele biofizice ale recepiei senzorialeAnalizator = ansamblul complex de recepie i prelucrare a informaiei senzorialeReceptorii biologici = structuri celulare celule nervoase modificate care traduc diferite forme de variaie a energiei din exterior (stimuli) n semnale biologice (potenialelor electrice membranare)Potenial de receptor (PRe) reproduce analog forma stimulului Potenial generator (PG) forma PG nu mai reproduce forma stimulului

datele experimentale: ntre amplitudinea PG (A) i intensitatea stimulului (I) exist o relaie logaritmic sau exponenial:

RStimulNeuron GanglionarRStimulRStimulFMPotential de Receptor PRe Potential Generator PG (A) Intensitate stimul = ISCHEMA CIBERNETICA A UNUI ANALIZATOR PERIFERICCORTEXtaria senzatiei = f

Legile psihofiziciilegea Weber-Fechner:legea Stevens:PSIHOFIZICA ramur a Biofizicii care se ocup cu studiul relaiilor dintre stimulii de natur fizic i senzaiile subiective pe care acetia le provoac, n urma integrrii informaiei senzoriale la nivel cortical.Unitatea de msur a triei senzaiei = diferena minim de intensitate dintre doi stimuli de acelai fel i de valori apropiate care pot produce senzaii subiective distincteCodarea informaiei senzoriale la nivel cortical: intensitatea stimulilor codificare n frecvena impulsurilor caracteristicile calitative codificare spaial direcia de unde vine sunetul codificare temporal