dobreci lucian

Upload: corina-mihaela-belciu

Post on 13-Jul-2015

970 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Elemente de neuro-fiziologieCURS STUDII DE LICEN

Autori Lector univ. drd. DOBRECI DANIEL-LUCIAN Asistent univ. MARE GABRIEL

Editura Alma Mater Bacu 2010

Refereni tiinifici

Prof. univ. dr. Mrza Dnil Doina Conf. Univ. dr. Ochian Gabriela

Caseta CIP

ISBN

CuprinsArgument..............................................................................................................................................6 Capitolul I. Neuronul. Transmiterea sinaptic. ....................................................................................8 Scop..............................................................................................................................................8 Obiective operaionale..................................................................................................................8 1.1. Dezvoltarea neuronal...................................................................................................................9 1.2. Noiuni generale privind anatomia neuronului............................................................................10 1.3. Propritile funcionale ale neuronului........................................................................................13 1.4. Noiuni generale privind anatomia i fiziologia sinapsei ............................................................19 1.5. Arcul reflex .................................................................................................................................25 1.6. Receptorii ....................................................................................................................................25 Rezumat......................................................................................................................................29 Capitolul II. Elemente generale privind neuro-fiziologia fibrei musculare .......................................30 Scop............................................................................................................................................30 Obiective operaionale................................................................................................................30 2.1. Jonciunea neuro-muscular (placa neuro-motorie)....................................................................31 2.2. Neuro-fiziologia contraciei i relaxrii fibrei musculare striate ................................................32 2.2.1. Mecanismul contraciei musculare izotonice .....................................................................32 2.2.2. Mecanismul contraciei izometrice ....................................................................................33 2.2.3. Relaxarea muscular ..................................................................................................33 2.2.4. Metabolismul energetic al contraciei musculare.......................................................33 2.2.5. Implicaiile calorice ale activitii musculare.............................................................34 2.2.6. Efectele mecanice ale contraciei musculare..............................................................35 2.2.7. Particulariti ale efectelor mecanice ale contraciei musculare ................................35 2.2.8. Manifestrile electrice ale contraciei musculare (noiuni generale privind EMG) ...36 2.3. Neuro-fiziologia contraciei i relaxrii fibrei musculare netede................................................37 Rezumat......................................................................................................................................39 Capitolul III. Neuro-fiziologia mduvei spinrii................................................................................41 Scop............................................................................................................................................41 Obiective operaionale................................................................................................................41 3.1. Funcia motorie a mduvei spinrii.............................................................................................42 3.1.1. Reflexele motorii medulare................................................................................................42 3.1.2. Reflexele ritmice medulare intersegmentare......................................................................46 Capitolul IV. Neuro-fiziologia trunchiului cerebral...........................................................................52 Scop............................................................................................................................................52 Obiective operaionale................................................................................................................52 4.1. Fiziologia bulbului ......................................................................................................................53 4.2. Fiziologia punii ..........................................................................................................................53 4.3. Fiziologia mezencefalului ...........................................................................................................54 4.4. Funciile motorii de ansamblu ale trunchiului cerebral...............................................................54 Capitolul V. Neuro-fiziologia cerebelului..........................................................................................56 Scop............................................................................................................................................56 Obiective operaionale................................................................................................................56 5.1. Fiziologia cerebelului..................................................................................................................57 5.2. Rolul trunchiului cerebral i al cerebelului n controlul micrii................................................58 Capitolul VI. Neuro-fiziologia diencefalului .....................................................................................64 Scop............................................................................................................................................64 Obiective operaionale................................................................................................................64 6.1. Fiziologia talamusului .................................................................................................................65 6.2. Fiziologia hipotalamusului..........................................................................................................65 3

Capitolul VII. Neuro-fiziologia emisferelor cerebrale ...................................................................... 68 Scop ........................................................................................................................................... 68 Obiective operaionale ............................................................................................................... 68 Fiziologia emisferelor cerebrale .................................................................................................... 69 Capitolul VIII. Neuro-fiziologia sistemului nervos vegetativ ........................................................... 81 Scop ........................................................................................................................................... 81 Obiective operaionale ............................................................................................................... 81 Sistemul nervos simpatic ........................................................................................................... 84 Sistemul nervos parasimpatic .................................................................................................... 89 Bibliografie ................................................................................................................................ 93

5

Lector univ. drd. Dobreci Daniel-Lucian, Asist. univ. Mare Gabriel

ArgumentPerformanele motorii superioare ale omului care l caracterizeaz n seria animal i i pun amprenta asupra personalitii sunt susinute de interaciunea multiplelor circuite neuronale aferente i eferente descrise ca circuite cibernetice interconectate ce presupun o integrare multinivelar cortico-subcortico-medulo-muscular. Micarea este o stare de fapt pe care o ntlnim chiar i sub forma micrii browniene a particulelor aflate la ndemna mediului. La nivelul organismelor superioare, cum ar fi mamiferele, observm o evoluie a scopurilor motorii de la strict conservative pentru organism sau specie pn la scopuri abstracte, fr o repercusiune biologic necesar sau imediat, aa cum se ntmpl n cazul omului. Odat cu evoluia scopurilor care au solicitat performane motorii tot mai rafinate, sau dezvoltat i sistemele de control. Aciunile motorii complexe sunt controlate tot mai fin de ctre mecanismele medulare (neuronii motori din coarnele anterioare) i subcorticale (nucleii bazali, cerebelul), iar la om putem vorbi de un control psihomotor exercitat mai ales de formaiunile neocorticale. Acest control psihomotor a fost posibil ca urmare a dobndirii mersului biped. Mersul biped a determinat dezvoltarea fr precedent a creierului uman, n paralel cu specializarea aparatului su locomotor (sistemul osteo-muscular) pentru meninerea poziiei ortostatice i deplasarea biped ce permite o interaciune flexibil cu mediul nconjurtor. Dezvoltarea creierului este cea care a susinut diversificarea scopurilor i rafinarea controlului psihomotor. Sistemul nervos prezint diferite niveluri ierarhice de coordonare care permit evoluia activitii motorii de la cele mai simple acte reflexe motorii medulare, pn la cele mai complexe acte motorii voluntare corticale implicate n procesul vorbirii, scrierii, creaiei artistice. n acest sistem de coordonare, un rol esenial l joac axul cerebro-spinal cu sistemul su de conducere periferic senzitivo-motorie ce include, pe de o parte, componentele receptoare reprezentate de analizatorii kinestezic i vestibular i, pe de alt parte, componenta efectoare reprezentat de musculatur. Activitatea motorie involuntar sau cea voluntar este integrat la diferite etaje ale sistemului nervos. Deciziile motorii aparin unuia sau mai multor centri motori medulari, bulbari sau protuberaniali n strns dependen cu centrii motori de la nivelul nucleilor bazali, cerebeloi i ai neocortexului cerebral. n aceast ierarhizare, centrilor motori medulari i ai trunchiului cerebral la revine un rol n activitatea reflex, stereotipic, semiautomat sau automat, n timp ce neocortexului cerebral i nucleilor bazali, n corelaie cu cerebelul, le revine rolul de dirijare a motricitii n ansamblu, declannd, oprind sau modulnd micrile ndreptate spre un anumit scop. Declanarea unor asemenea activiti motorii complexe este realizat prin acte reflexe, incontiente i acte voluntare, contiente i au ca substrat morfologic arcul reflex i diverii centrii motori de comand voluntar, conectai la cile de conducere motorie.

6

7

Lector univ. drd. Dobreci Daniel-Lucian, Asist. univ. Mare Gabriel

Capitolul I. Neuronul. Transmiterea sinaptic.Scop Obiective operaionale

8

Elemente de neuro-fiziologie

1.1. Dezvoltarea neuronalSistemul nervos uman se dezvolt nc dintr-o perioad foarte timpurie a embriogenezei. Astfel, fecundaia, care iniiaz ntregul proces de dezvoltare a individului, are loc n trompa uterin n treimea extern a acesteia. Celula ou sau zigotul care ia natere din contopirea spermatozoidului cu ovulul, parcurge drumul de la locul fecundaiei pn n cavitatea uterin n aproximativ 7 zile. Deplasarea zigotului se realizeaz prin micrile contractile ale musculaturii trompei i a uterului. Odat cu deplasarea spre uter ncepe dezvoltarea propriu zis a zigotului: din ziua a 15-a pn n cea de a 19-a de la fecundaie ia natere discul embrionar, numit placa cordo-mezodermic. ncepnd cu ziua a 18-a de la fecundaie, esutul destinat s se dezvolte n sistemul nervos formeaz placa neural alctuit dintr-un mic strat de esut ectodermic situat pe suprafaa dorsal a embrionului, n aceast etap se formeaz anul sau jgheabul neural. crestele laterale ale anului se vor uni ntre ziua a 25-a i a 31-a, dup fecundaie, n sens cranio-caudal fiind nvelite n final de ectoderm la suprafa i dnd natere tubului neural. In acest fel tubul neural de origine ectodermic va pierde legtura cu ectodermul i rmne n interiorul unui canal, limitat la exterior de mezoderm. Interiorul acestui tub va da natere, n final, canalului ependimar de la nivelul mduvei i ventriculilor cerebrali de la nivelul creierului. la sfritul celei de a 4-a sptmni de la fecundaie, devine vizibil o umfltur la captul cranial al tubului, umfltur care este primordiul viitorului creier. n timpul transformrii plcii neurale n tub neural, celulele destinate s devin viitorul sistem nervos, vor rmne relativ constante ca numr, n jur de 125.000 de celule. Dup ce tubul neural s-a format, celulele sufer un proces de proliferare rapid. Dup ce neuronii cranian i caudal ai tubului neural se nchid, celulele tubului neural din zona dorsal, provenite din crestele neurale, migreaz prin micri ameboidale, fragmentnduse n grupe care se succed segmental i vor forma mai trziu ganglioni spinali. Dup 40 de zile de la momentul fecundaiei umfltura cranian se divide iniial n trei vezicule din care se va dezvolta encefalul, iar din mezodermul care limiteaz tubul neural la exterior va proveni scheletul osos care protejeaz mduva spinrii i creierul. naintea dezvoltrii plcii neurale celulele ectodermului dorsal sunt tutipotente, adic ele au capacitatea de a dezvolta orice tip de celul a corpului. Dar odat cu dezvoltarea plcii neurale celulele ectodemice i pierd tutipotenialitatea.

9

Lector univ. drd. Dobreci Daniel-Lucian, Asist. univ. Mare Gabriel

1.2. Noiuni generale privind anatomia neuronuluiNeuronul este o celul cu o structur nalt specializat pentru recepionarea i transmiterea informaiei. Din punct de vedere structural neuronul prezint un corp celular (soma sau pericarionul) i numeroase prelungiri unele scurte i ramificate, numite dendrite, i o prelungire mic, de obicei mai lung, ramificat n zona terminal, denumit axon. Neuronii sunt celule prevzute cu prelungiri abundente, de lungimi variabile, uneori extrem de mari, i sunt celule specializate n transmiterea rapid a informaiei, prin conducerea impulsurilor electrice i eliberarea de neurotransmitori. Impulsurile electrice se propag de-a lungul fibrei nervoase spre zona lor terminal, unde iniiaz o serie de evenimente care declaneaz eliberarea mediatorilor chimici. Eliberarea acestora are loc la nivelul unor structuri speciale, la nivelul sinapselor, zona de contact dintre dou celule neuronale sau dintre celula neuronal i organul efector. Propagarea potenialului de aciune, eliberarea mediatorilor chimici i activarea receptorilor membranei neuronale cu care vine n contact, constituie mecanisme, prin care neuronii comunic ntre ei, transmit unul altuia informaii, dar comunic i cu organele efectoare (muchi, glande) sau cu organele receptoare. Clasificarea neuronilor se poate face dup prelungiri, dup lungime, dup funcii, dup mediatorii chimici pe care i sintetizeaz etc. Dup numrul prelungirilor se deosebesc urmtoarele tipuri de neuroni: neuronii multipolari reprezint majoritatea celulelor nervoase. Au o form stelat, cu numeroase prelungiri i cu nucleu mare, sferic, situat central. Ei pot fi motori sau senzitivi, situai n interiorul sau n afara sistemului nervos central. neuronii bipolari, de form ovalar sau fusiform, se caracterizeaz printr-o prelungire la nivelul fiecrei extremiti. Nucleul lor este ovalar i adesea situat excentric. Neuronii acetia i ntlnim n retin, n ganglionii Scarpa i n cel a lui Corti. Neuronii simpatici sunt adesea de tip bipolar. neuronii unipolari sunt rari, prezint o unic prelungire axonal cum sunt celulele cu bastona i con din retin. neuronii pseudounipolari caracterizeaz ganglionii rahidieni sau spinali. Sunt celule sferice cu nucleu mare, rotund, dispus central. Au o prelungire unic iniial care se divide n dou ramuri: una periferic i cealalt central. Aceti neuroni sunt atipici prin faptul c au o singur prelungire de obicei foarte lung i mielinizat, considerat a fi un axon modificat. Ei sunt neuroni lipsii de dendrite (neuronii senzitivi din ganglionii spinali sau cerebrali), neuroni lipsii de axoni cum sunt celulele orizontale i amacrine din retin.

Din punct de vedere funcional neuronii se mpart n: neuroni motori sau efereni, sunt de obicei celule mari, multipolare, cu axon lung. Din acest grup fac parte celulele piramidale ale scoarei i neuronii piramidali din cornul anterior al mduvei; neuronii de asociaie sau interneuronii sunt mici, adesea multipolari i uneori bipolari: neuronii senzitivi afereni sau receptori sunt de tip pseudounipolari fiind reprezentai de celulele din ganglionii spinali (ganglionii rahidieni) i n ganglionii nervilor cranieni.

10

Elemente de neuro-fiziologie

Neuronii au dimensiuni foarte variate. Unii au dimensiuni foarte mari, care variaz ntre 100 i 200 m aa cum sunt celulele piramidale din scoara cerebral, motoneuronii din coarnele ventrale ale mduvei spinrii, neuronii Purkinje din scoara cerebeloas. Ali neuroni au dimensiuni foarte reduse cum sunt de exemplu neuronii din stratul granular al scoarei cerebeloase, care ating dimensiuni de abia 4-8 m. Din punct de vedere anatomo-funcional, neuronul poate fi mprit n trei zone principale: Regiunea receptoare, specializat pentru recepionarea i procesarea informaiei. Este reprezentat de ramificaiile dendritice i de corpul celular. n aceast zon neuronul realizeaz contactul cu alt neuron prin sinapse. Deci aceast zon a neuronului este dotat cu receptori specifici pentru neurotransmitori. Pragul su de depolarizare este mare i de obicei la nivelul acestei zone nu se formeaz poteniale de aciune. Regiunea conductoare face legtura dintre regiunea receptoare i cea efectoare a neuronului. Este reprezentat de prelungirea axonic, de la locul n care aceasta iese din corpul celular, zon denumit conul axonic sau hilul axonilor i se ntide pn la arborizaia terminal a axonului. Membrana acestei zone este bogat n canale ionice activate electric denumite voltaj-dependente. Aici ia natere potenialul de aciune prin sumarea potenialelor locale generate n zona recepoare. Potenialul de aciune se propag apoi pn la captul distal al axonului supunndu-se legii totul sau nimic. Regiunea efectoare este reprezentat dup butonii terminali ai axonului. Informaia propagat de-a lungul regiunii conductoare, sub form de potenial de aciune ajunge n regiunea efectoare unde este recodificat n semnal chimic i apoi transmis regiunii receptoare a neuronului urmtor. Structura neuronului Corpul celular i dendritele, ce sunt acoperite de o membran plasmatic denumit neurilema, iar axonul este nvelit de axolem. Membrana joac un rol esenial n funcia de excitaie i conducere a neuronului, prezint o organizare molecular sub forma unui mozaic lichidian (Singer i Nicolson), fiind o membran permeabil selectiv pentru ioni i din acest motiv ncrcat electric. n aceast zon a neuronului, canalele ionice joac rol pentru difuziunea ionilor dinspre citoplasm n exterior sau invers. Aceste canale sunt activate electric deci voltajdependente. n plus, se ntlnesc i canalele ligand-dependente, care sunt legate de proteine cu rol de receptor pentru mediatorii chimici, avnd n vedere c membrana de la nivelul acestei zone joac rolul de membran postsinaptic. Reticulul endoplasmic neted este implicat n depozitarea Ca++ intracelular i meninerea lui la o concentraie constant n citoplasm la 10-7 moli. Dac Ca++ intracitoplasmatic crete peste aceast valoare duce la degradarea i moartea neuronului. n corpul celulelor ntlnim de asemenea aparatul Golgi. El este mai dezvoltat n neuronii cu proprieti secretoare de hormoni cum sunt mai ales neuronii hipotalamici. Citoscheletul neuronilor este format din microfilamente, neurofilamente i microtubuli. Microfilamentele se gsesc mai ales n dendrite i sunt formate din actin. Neurofilamentele se gsesc att n dendrite ct i n axoni. Ele confer rigiditatea i meninerea formei neuronale. Microtubulii sunt responsabili de transportul rapid al substanei prin dendrit, dar mai ales prin axon. Ei sunt formai din proteine numite proteine asociate microtubulilor. Dendritele au proteine asociate microtubulilor cu greutate molecular mare iar axonii proteine cu greutate mic. Aceste proteine asociate microtubulilor sunt responsabile

11

Lector univ. drd. Dobreci Daniel-Lucian, Asist. univ. Mare Gabriel

de distribuia materialului n dendrite i axoni. Proteinele neurofilamentelor au proprietatea de a pune n micare sistemul de microtubuli. Cele dou structuri, microtubilii i neurofilamentele, formeaz un tot unitar denumit neurofibrile, cel de al doilea organit specific al neuronului dup corpusculii Nissl. Aceste organite pe lng rolul lor structural ndeplinesc un rol de transport al proteinelor, veziculelor cu mediator chimic i al materialelor necesare pentru meninerea integritii structurale i funcionale a neuronului. n corpul celular al neuronului se ntlnesc numeroase mitocondrii ce furnizeaz ATP-ul ca substrat energetic sintezei de proteine i mediatorilor chimici. Dar cea mai mare densitate de mitocondrii se afl n regiunea terminal a axonului, n butonii terminali, unde ele furnizeaz pe de o parte energia necesar transmiterii sinaptice i pe de alt parte furnizeaz substrate pentru sinteza unor substane cu rol de neurotransmitori. Axonul, prelungirea unic, lung, denumit i fibr nervoas conduce centrifug potenialul de aciune, influxul nervos, generat n conul axonic prin sumarea potenialelor locale, care au luat natere n poriunea receptoare a neuronului. Axonii neuronilor sunt organizai n cile de conducere ascendente i descendente din sistemul nervos central i n nervii periferici. Spre deosebire de dendrite, axonii sunt ramificai numai la captul periferic unde se ntlnesc arborizaiile terminale care au butoni terminali la capete. Aceste formaiuni ale axonului sunt implicate n transmiterea sinaptic pe cale chimic. Aceast parte alctuiete poriunea efectoare a neuronului. Ele prezint membrana presinaptic care vine n contact fie cu zona receptoare a altui neuron fie cu organele efecteoare (glande sau muchi). Axonul este nvelit de axolem care la rndul su este nvelit la unii neuroni de trei teci: teaca de mielin, teaca celulelor Schwann i teaca lui Henle. Teaca Henle se afl la exterior i este de natur conjunctiv. Ea asigur nutriia, protecia i legtura dintre fibrele neuronale. Sub ea se afl teaca lui Schwann format din celule gliale numite celule Schwann, care ader de axolem i se rsucete n jurul axonului secretnd mielina. Teaca de mielin este un nveli de natur lipoproteic, fiind cosiderat ca unul din cei mai perfeci izolatori electrici cunoscui. Teaca de mielin este ntrerupt din loc n loc la nivelul strangulaiilor sau nodulilor Ranvier. Spaiul dintre dou noduri Ranvier numit spaiu internodal este de dimensiune constant pentru aceeai fibr. Teaca de mielin se formeaz datorit rulrii n spiral a celulelor Schwann din care dispare citoplasma i rmn membranele celulare i mielina. La mamifere, cile motorii se mielinizeaz mult mai trziu, n uter micrile ftului sunt relativ reduse, astfel la om fibrele motorii ncep s-i secrete teaca de mielin n a doua lun de via extrauterin. Mai nti ncepe mielinizarea cilor extrapiramidale, apoi a celor piramidale. Procesul de mielinizare se ncheie n jurul vrstei de 2 ani, cnd copilul are deja un mers sigur. Fibrele nervoase amielinice numite fibrele Remach sunt lipsite de mielin sau un strat foarte subire de mielin. Ele au un diametru n general redus i sunt acoperite de celulele Schwann care frecvent sunt comune pentru mai muli axoni nvecinai. Celulele gliale Neuronii nu sunt singurele celule care populeaz sistemul nervos central, n sistemul nervos central sunt de asemenea aa numitele celule gliale care alctuiesc nevroglia. Ele alctuiesc esutul interstiial al sistemului nervos central i sunt mai numeroase dect neuronii de 10-50 de ori. Aceste celule nu posed axoni i nu fac contacte sinaptice ntre ele. Membrana a dou celule gliale adiacente fuzioneaz i formeaz aa numitele gap junctions adic jonciunea de mare conductan ionic. Celulele gliale posed capacitatea de a se divide n decursul vieii. Au fost identificate trei tipuri de celule gliale:

12

Elemente de neuro-fiziologie

Astrocitele constitue astroglia. Ele nconjoar vasele sanguine cerebrale. Astrocitele formeaz cea mai mare clas de celule neexcitabile din SNC. Se disting dou tipuri de astrocite: astrocitele protoplasmatice situate n substana cenuie i astrocitele fibroase dispuse mai ales n substana alb. Deoarece astrocitele se interpun ntre capilarele cerebrale i neuronii cerebrali, li s-a atribuit o funcie de transport special. Numeroi cercettori sunt de prere c astrocitele reprezint bariera hematoencefalic real. Bariera hematoencefalic reprezint un mecanism homeostatic cerebral de mare importan n funcionarea sistemului nervos central. Astrocitele servesc drept canale de transport ntre vasele sanguine i neuroni, avnd deci rol simbiotic n metabolismul celular. Astrocitele joac rol de asemenea n conducerea impulsului nervos i n transmiterea sinaptic. La nivelul sinapselor GABA-ergice i glutamat-ergice celulele gliale joac rol n inactivarea acidului gamaaminobutilic i a glutamatului, prin captarea acestuia de la nivelul fisurii sinaptice. Dup captare mediatorii sunt inactivai i convertii n glutamin, care apoi sunt transportai n butonul presinaptic i utilizai n sinteza GABA i glutamatului care sunt incorporai n vezicule presinaptice i utilizai ca mediatori chimici ai acestor sinapse. Astrocitele radiare, acioneaz ca o reea, ca un eafodaj, care permite migrarea neuronilor n cursul neurogenezei, de la punctul lor de origine embrionar spre destinaiile lor finale. Oligocitele formeaz oligorendroglia i sunt celule formatoare de mielin la nivelul SNC, fiind echivalentul celulelor Schwann din fibrele nervoase periferice. Microcitele formeaz microglia care face parte din sistemul reticuloendotelial. Microcitele au origine din monocitele sanguine care prsesc vasul i se fixeaz n esuturi. Ele dein rol fagocitar, avnd rol n aprarea imun a SNC mpotriva agenilor bacterieni, virali sau a celulelor proprii distruse sau moarte, curind terenul n vederea cicatrizrii.

1.3. Propritile funcionale ale neuronuluiNeuronii reprezint celule specializate n recepionarea stimulilor din mediu, conducerea impulsurilor spre organele centrale precum i n transmiterea comenzilor spre organele efectoare. Neuronii prezint urmtoarele proprieti importante: excitabilitatea, conductibilitatea, degenerescena, regenerarea i activitatea sinaptic. Excitabilitatea Excitabilitatea este proprietatea neuronilor sau a oricrei celule vii de a intra n activitate sub influena unui stimul. Excitabilitatea este datorat structurii membranei celulare. Prin stimul se nelege modificarea brusc a energiei din preajma membranei plasmatice, care mrete dintr-o dat permeabilitatea membranei celulare pentru ionii de Na+. Stimulii pot fi electrici, mecanici, termici, chimici etc. Reacia de rspuns a esuturilor la un stimul poart numele de excitaie. Pentru ca stimulul s determine excitaia, trebuie s ndeplineasc anumite condiii: Excitaia apare numai sub aciunea unor stimuli ce depesc o anumit intensitate. Intensitatea minim a curentului care provoac excitaia, are valoare prag (valoare liminal). Stimulii cu intensitate sub valoarea prag sunt numii subliminali iar cei care depesc pragul, stimuli supraliminali.

13

Lector univ. drd. Dobreci Daniel-Lucian, Asist. univ. Mare Gabriel

Variaia de energie trebuie s aib o cretere brusc. In cazul creterii lente i progresive a intensitii stimulului, esutul nu mai rspunde, chiar dac se depete valoarea prag, ntruct are loc o acomodare a esutului la stimuli. Acomodarea se explic ca i o cretere a pragului de excitabilitate a esutului n timpul stimulrii. nlturarea fenomenului de acomodare se obine prin folosirea unor stimuli electrici a cror intensitate crete extrem de rapid. Pentru a declana excitaia stimulul trebuie s realizeze o anumit densitate pe unitatea de suprafa. Aplicnd pe un nerv doi electrozi, unul cu suprafa foarte mare, altul cu suprafa foarte mic, punctiform i lsnd s treac un curent electric de aceeai intensitate vom observa c excitaia nervului va porni ntotdeauna de la electrodul cu suprafa mic, deoarece creeaz o densitate mai mare pe unitatea de suprafa. Excitarea esuturilor depinde i de durata stimulrii, inclusiv stimulii supraliminali, a cror intensitate crete brusc, dac sunt aplicai o perioad prea scurt de timp, nu produce apariia unei excitaii. Excitaia se traduce la periferie prin variaii ale potenialului electric al membranei neuronale. Potenialul de repaus Celula vie, n stare de repaus, este polarizat electric, avnd sarcini pozitive la exterior i negative la interior. Utiliznd microelectrozi intracelulari s-a artat c diferena ntre suprafaa exterioar i interioar a membranei celulare msoar pentru muchii striai, n repaus, -90 mV pentru celulele musculare netede 30 mV, pentru nervii neexcitai 70 mV. Diferena de potenial al membranei celulare poart numele de potenial de repaus sau de membran. La producerea potenialului de repaus contribuie trei factori: transportul activ de Na+ + i K , difuziunea ionilor i echilibru Donnan la nivelul membranei neuronale. Transportul activ de Na+ i K+ este datorat interveniei pompei ionice de Na+ i K+ prin care sunt expulzai din celul trei ioni de natriu (3Na+) i captai doi ioni de potasiu (2K+). Deoarece se elimin din celul mai multe sarcini pozitive dect ptrund, interiorul celulei se negativeaz. Prin mecanismul de transport activ se explic prima apariie a potenialului de membran. Aceasta se realizeaz consecutiv instalrii unor gradiente de concentraie ionic de o parte i de alta a membranei. Pompa de Na+ i K+ este o pomp electrogen i este reprezentat de ATP-aza Na+ i K+ - dependent fiind activat n urma descompunerii ATP n ADP i eliberarea energiei necesare transportului. Difuziunea ionilor prin membrana celular este inegal. Un prim factor l reprezint inegalitatea distribuiei ionilor de potasiu i sodiu de o parte i de alta a membranei celulare. Aceast inegalitate a concentraiei ionilor reprezint unul din factorii care iniiaz difuziunea ionilor. Concentraia extracelular a Na+ este de 143 mEq/l iar n celul de 14 mEq/l, n timp ce concentraia intracelular a K+ este de 155mEq/l iar n lichidul extracelular este de 5 mEq/l. Un al doilea factor l constituie permeabilitatea inegal a membranei pentru diferiii ioni. Permeabilitatea este de 50-100 mai mare pentru K+ dect pentru Na+. Din cauza concentraiei intracelulare mai mare de K+ n comparaie cu concentraia sa extracelular, K+ difuzeaz spre exterior de-a lungul gradientului de concentraie. Ieirea K+ din celul confer sarcini pozitive la suprafaa membranei i mrete negativitatea n interior. Cnd interiorul celulei devine suficient de negativ pentru a mpiedica difuziunea n continuare a K+, se ajunge la potenialul de echilibru pentru K+. Potenialul de repaus se schimb n funcie de concentraia K+ extracelular, acumularea K+ intracelular nu poate fi explicat numai de aciunea direct a pompei de ioni care pompeaz n interior doi ioni de K+ pentru trei de Na+ ieii din celul. Din cauza negativitii create n interior de pompa electrogen cationii de K+ sunt atrai de la exterior la interior.

14

Elemente de neuro-fiziologie

La repartiia inegal a ionilor de o parte i de alta a membranei mai particip i echilibrul de membran a lui Donnan, acesta se produce din cauz c proteinele ncrcate negativ nu pot prsi celula i determin ncrcarea electric negativ interioar a membranei i astfel ionii pozitivi, care strbat cu uurin membrana, cum este ionul de K+, se acumuleaz la suprafaa membranei, conferindu-i sarcinile electrice la exterior. Potenialul de aciune Modificarea potenialului de repaus ce apare dup stimularea supraliminal a celulei, poart numele de potenial de aciune. El const n tergerea diferenei de potenial dintre interiorul i exteriorul celulei i n ncrcarea electric invers a membranei, pozitiv n interior i negativ la exterior (pn la aproximativ + 35 mV). Valoarea potenialului ce depete valoarea zero se numete overshoot, apoi aceste valori sunt urmate de revenirea potenialului spre valoarea de repaus. Creterea i scderea rapid a potenialului se cunoate sub denumirea de potenial de vrf sau spike potenial i dureaz n fibra nervoas 0,5-1 ms. Revenirea potenialului are loc brusc pn ce repolarizarea se face n proporie de circa 70%, dup care viteza de repolarizare ncetinete. O perioad de circa 4 ms potenialul rmne deasupra nivelului de repaus, constituind postdepolarizarea sau postpotenial negativ. Dup ce potenialul a atins valoarea de repaus, se constat c el se subdeniveleaz (cu 1-2 mV) pentru un interval de 40-50 ms sau chiar mai mult, ceea ce reprezint posthiperpolarizarea sau postpotenialul pozitiv. Denumirile de postpotenial negativ sau pozitiv s-au fcut pornind de la schimbrile electrice survenite n timpul excitaiei la suprafaa extern a membranei neuronale. Apariia potenialului de aciune este determinat de creterea brusc a permeabilitii membranei celulare pentru Na+. Creterea este de cca 5.000 ori. Modificarea permeabilitii membranei celulare pentru Na+ i K+ a fost apreciat prin msurarea conductanei pentru Na+ i K+. Conductana reprezint valoarea invers a rezistenei electrice a membranei i se noteaz cu g. In faza de depolarizare crete foarte mult conductana pentru Na+ (gNa+) iar n cea de repolarizare conductana pentru K+ (gK Factorul principal n producerea depolarizrii membranei neuronale l constituie deschiderea i nchiderea succesiv a canalelor de Na+ i K+. Ele se caracterizeaz prin permeabilitatea selectiv i prin prezena unor bariere sau pori care pot nchide sau deschide canalele. Barierele sunt nite expansiuni ale moleculelor din structura proteic a canalului care prin schimbri conformaionale permeabilizeaz ori blocheaz canalul. Dup modul cum pot fi acionate barierele canalelor de Na+ i K+ ele pot fi: canale voltajdependente cnd variaiile de potenial ale membranei induc modificri ale barierei i determin fie deschiderea fie nchiderea ei; sau canale ligand dependente cnd modificrile conformaionale ale proteinelor survin dup cuplarea lor cu anumite substane. Substana care se fixeaz pe receptorii canalului ionic se numete ligand, n categoria liganzilor se ncadreaz mediatorii chimici sau hormonii. Canalul de Na+ are suprafaa intern puternic ncrcat negativ care atrage Na+ n interiorul canalului ntr-o msur mai mare dect ali ioni. Spre partea extracelular a canalului se afl o barier de activare, iar pe partea intracelular o barier de inactivare. La potenialul de repaus de 70 mV bariera de activare se afl nchis iar cea de inactivare deschis. Odat ce depolarizarea celulei ajunge de la 70 mV la 55 mV se produce schimbarea brusc a conformaiei proteice a bariera de activare i se deschide canalul de sodiu. In consecin, ionii de sodiu nvlesc n celul conform gradientului de concentraie. n momentul potenialului de vrf numrul canalelor de sodiu deschise depete de 10 ori pe cel al canalelor de K+, de aceea permeabilitatea membranei pentru Na+ crete n timpul depolarizrii de 5000 de ori. In faza de repolarizare, revenirea potenialului de vrf la valoarea de repaus, produce nchiderea barierei de inactivare. Modificrile conformaionale care nchid bariera de inactivare se desfoar mult mai lent 15

Lector univ. drd. Dobreci Daniel-Lucian, Asist. univ. Mare Gabriel

dect cele care deschid bariera de activare. Odat cu nchiderea barierei de inactivare Na+ nu mai poate ptrunde n celul i potenialul de membran ncepe s revin spre valoarea de repaus. Redeschiderea barierei interne de inactivare are loc numai n momentul n care potenialul de membran atinge valoarea de repaus. Canalele de K+ nu prezint ncrctur electric negativ. In absena sarcinilor negative lipsete fora electrostatic care atrage ionii pozitivi n canal. Forma hidratat a K+ are dimensiuni mult mai mici dect forma hidratat a Na+, de aceea ionii hidratai de K+ pot trece cu uurin prin canal pe cnd cei de Na+ sunt respini. Pe partea intracelular a canalului de K exist o singur barier, nchis n perioada potenialului de repaus. Membrana celular, conine ns n repaus un numr de aproximativ 9 ori mai multe canale pentru K+deschise fa de cele pentru Na+, ceea ce nseamn o conductan de 9 ori mai mare pentru K+ n comparaie cu Na+. Depolarizarea celulei determin o modificare conformaional lent a barierei, cu deschiderea ei i difuzarea K+ spre exterior. Din cauza ncetinelii cu care se deschide canalul de K+ deblocarea lui are loc n acelai timp cu inactivarea canalelor de Na+, ceea ce accelereaz procesul de repolarizare. La sfritul perioadei de repolarizare numrul canalelor de K+ deschise este de 15 ori mai mare dect a canalelor de Na+ deschise. Prin urmare, n cinetica fluxurilor ionice prin canalele membranele trebuie s se in cont de faptul c fiecare canal odat activat rmne deschis un anumit interval de timp dup care se nchide automat. Aceast constan de inactivare este caracteristic fiecrui tip de canal. Ionii de Ca++ particip la mecanismul de activare a canalelor de Na+ voltajdependente. Reducerea concentraiei Ca++ n mediul extracelular scade pragul de declanare al activrii canalului, n timp ce cretere concentraiei Ca++ tinde s stabilizeze canalul. Absena Ca++ duce la o cretere semnificativ a conductanei Na+, deci la o cretere a excitabilitii celulei. Mrirea permeabilitii pentru Na+ se produce numai la acei stimuli care diminu negativitatea potenialului de repaus cu 15 mV, de la 70 la 55 mV. Stimulii subliminali determin deschiderea unui numr restrns de bariere de activare a canalelor de Na+ i membrana ncepe s se depolarizeze. In aceast situaie membrana neuronal este facilitat, adic sensibilizat la aciunea unui alt stimul subliminal. Stimularea subliminal care nu e n msur s provoace un flux important de Na+ duce la modificri de potenial cu caracter local. Aciunea mai multor stimuli subliminali succesivi fie temporari, fie spaiali se pot suma i s dea natere la potenialul de vrf. Trecerea Na+ prin membrana celular n timpul potenialului de vrf se face pasiv, fiind dependent exclusiv de gradientul de concentraie. De aceea geneza impulsurilor nervosase nu este subordonat proceselor metabolice i nu este consumatoare de energie. Restabilirea potenialului de repaus are loc prin limitarea influxului de Na+ i creterea permeabilitii pentru K+. Ionul de potasiu abandonnd lichidul intracelular restabilete echilibrul electric. Ieirea K+ nu reuete s readuc imediat potenialul la valoarea de repaus. Ca urmare, dup potenialul de vrf urmeaz faza de postpolarizare sau postpotenial negativ. In perioada potenialului de vrf, depolarizarea se produce total, pe cnd la postpotenialul negativ, repolarizarea celulei nu se face deplin. Posthiperpolarizarea sau postpotenialul pozitiv se caracterizeaz prin acumularea de Na+ i K+ la exterior i creterea numrului de sarcini negative n interior. Faza de posthiperpolarizare se explic prin intervenia activ a pompelor de Na+ i K+. Prin mpiedicarea transportului activ de ioni, are loc o dispariie a posthiperpolarizrii, dei potenialul i postdepolarizarea continu s apar nc o perioad de timp.

16

Elemente de neuro-fiziologie

Potenialul de aciune se supune legii tot sau nimic, adic un stimul supraliminal indiferent de intensitate, nu poate depi depolarizarea de 115 mV ( de la 70 mV la + 45 mV. Variaiile excitabilitii Aplicarea pe un nerv a unui stimul a crui intensitate crete progresiv i foarte lent, induce fenomenul de acomodare, descris anterior. Excitabilitatea se modific paralel cu potenialul de aciune, n perioada potenialului de vrf, membrana neuronului devine inexcitabil, deoarece membrana celulei este depolarizat. Timpul n care celula nervoas rmne inexcitabil reprezint perioada refractar absolut. Urmeaz o mic perioad refractar relativ, n care din cauza creterii pragului de excitabilitate, numai stimuli destul de puternici reuesc s declaneze excitaia, dac poteniale de aciune se produc acestea au amplitudine mai mic. Sfritul perioadei refractare relative corespunde cu restabilirea amplitudinii normale a potenialului de aciune. Frecvena potenialelor de aciune generate de un esut depinde de durata perioadelor refractare absolute. Perioada refractar absolut dureaz 2 ms de la declanarea potenialului de aciune, ceea ce nseamn c celula poate fi excitat cu maximum 500 stimuli/secund. In cursul stimulrii nervului cu un curent electric continuu la stabilirea circuitului, excitaia pornete de la catod, care aduce sarcini negative n plus i favorizeaz depolarizarea membranei. La ntreruperea circuitului, excitaia pornete de la anod unde se creaz un dezechilibru electric mai puternic, care influeneaz esutul. Trecerea nentrerupt a curentului continuu cu valoare pn la 7 mV printr-un nerv modific excitabilitatea n apropierea polului pozitiv i negativ, fenomen numit electrotonus. Sub aciunea curentului electric continuu, excitabilitatea nervului n jurul catodului se mrete, fenomen cunoscut sub numele de catelectrotonus. In apropierea polului pozitiv excitabilitatea diminu (necesitnd un stimul excitant de intensitate mai mare), modificare denumit anelectrotonus. Excitabilitatea variaz i n funcie de frecvena stimulilor, esuturile vii transmit impulsuri cu o anumit frecven. Majoritatea celulelor au capacitatea de a emite sau de a propaga impulsuri cu o frecven de 500 impulsuri/s. Cnd stimulul aplicat asupra esutului viu depete posibilitatea lui de a genera sau transmite impulsuri, excitaia nu se mai produce. Numrul mare de stimuli ce pot fi generai sau propagai de un esut viu n unitatea de timp poart numele de mobilitate funcional sau labilitate funcional. Un stimul care depete mobilitatea funcional, nu produce excitaie ci o stare numit parabioz. Curenii de nalt frecven sunt utilizai n fizioterapie fr a produce excitaii, deoarece este depit mobilitatea funcional a esuturilor. Ca indicatori de msurare a excitabilitii se utilizeaz urmtorii parametri: Reobaz = intensitatea minim a curentului, capabil s produc excitaia ntr-un timp nedefinit. Timp util principal = timpul n ms n care un curent rectangular de o reobaz produce excitaia. Cronaxia reprezint timpul n care un curent de dou reobaze produce excitaia. Acest parametru a fost introdus de Lapique n 1903. Determinarea cronaxiei constituie metoda de elecie pentru stabilirea excitabilitii relative a esuturilor excitabile. De exemplu cronaxia unei fibre mielinice groase A este de 0,1-0,2 ms; fibrele nervoase mielinizate subiri au valori de 0,3 ms; fibrele amielinice 0,5 ms; fibrele musculaturii striate de la 0,25 la 1,0 ms; fibrele miocardice de la 1,0 la 3,0 ms; fibrele netede pn la 20 ms. Cronaxia este invers proporional cu excitabilitatea. Cu aceast metod se poate explora tulburrile transmiterii neuromusculare. In acest sens se msoar cu un electrod ac introdus n muchi, cronaxia la stimularea muchiului respectiv. Dac transmiterea neuronal este normal, valoarea cronaxiei msurate transcutan este cea a fibrei mielinice

17

Lector univ. drd. Dobreci Daniel-Lucian, Asist. univ. Mare Gabriel

groase. In cazul alterrii inervaiei motorii a muchiului striat se obin valori mai lungi ale cronaxiei peste 1 ms pn la 100 ms. Conductibilitatea Conductibilitatea este proprietatea neuronului de a transmite impulsuri, aceasta se face diferit n fibrele amielinice i mielinice. Conductibilitatea n fibrele amielinice In acest tip de fibre, excitaia se transmite din aproape n aproape, prin cureni Hermann, care se rspndesc att la suprafa ct i n interiorul fibrei nervoase. O scdere a potenialului de repaus cu 20 mV determin propagarea excitaiei n ambele direcii. Curenii locali, care se produc n interiorul zonei excitate, acioneaz asupra zonelor vecine, ntocmai ca i catodul, care a produs excitaia. Aceasta va produce o depolarizare n imediata vecintate, care va progresa, zona depolarizat, datorit ptrunderii inverse, din afara nuntru a curentului este repolarizat n aa fel c zona depolarizat avanseaz sub forma unei unde. Unda de depolarizare se propag astfel n ambele sensuri, plecnd de la catod. Viteza de transmitere a impulsurilor prin prelungirile amielinice variaz direct proporional cu diametrul fibrei. Conducerea n fibrele mielinice - fibrele mielinice au o conductibilitate mai mare datorit prezenei tecii de mielin, conducerea impulsului nervos prin fibrele mielinice se face saltator, de la o strangulaie Ranvier, la alta deoarece fibra mielinic are membrana liber numai n zona nodulilor Ranvier. In regiunile internodale nu se produc scurgeri de curent prin membran, din cauza tecii de mielin, izolatoare, ce are o rezisten electric de 500 ori mai mare. Depolarizarea din zona nodulului Ranvier se datoreaz ptrunderii Na+ prin membrana nzestrat cu canale de Na+ de cca 200 ori mai multe dect n membrana fibrelor amielinice. Potenialul de aciune generat, se transmite fr ntrziere ca i un curent electric, de la nodul la nodul, att prin lichidul extracelular ct i prin axoplasm. In zona nodulilor are loc o ntrziere a conducerii din cauz c potenialul de aciune trebuie s ating un anumit prag, pentru a provoca excitaia. Variaia potenialului este suficient de mare pentru a depolariza i strangulaiile urmtoare, deci transmiterea saltatorie are un grad de siguran chiar dac sunt excluse multe strangulaii Ranvier, producnd transmiterea potenialului de-a lungul ntregii fibre. Avantajul conducerii saltatorii const n: 1. transmiterea mai rapid a influxului nervos de cca de 50 ori mai iute dect cea mai rapid fibr amielinic; 2. consumul mai redus de energie, ntruct se depolarizeaz numai zona restrns a strangulaiei Ranvier i 3. pierderile de ioni sunt de cteva sute de ori mai mici. Legile conductibilitii neuronale. Legea integritii neuronului - neuronul distrus chiar parial nu mai conduce excitaia. Legea conducerii izolate - excitaia transmis de o fibr nu trece n fibra alturat. Legea conducerii indiferente - impulsurile se transmit prin neuroni i prelungirile sale n ambele direcii. Legea conducerii nedecremeniale - transmiterea influxului nervos se face fr scderea amplitudinii potenialului de aciune pe tot parcursul fibrei nervoase, deoarece intervin procesele biologice n mecanismele conductibilitii. Clasificarea fibrelor nervoase n funcie de viteza de conducere nregistrnd potenialul de aciune ntr-un nerv mixt (spre exemplu nervul sciatic) la distan fa de locul de stimulare se obine un potenial de aciune compus, avnd mai multe deflexiuni care se nscriu sub forma electronervogramei. Deflexiunile se datoreaz conducerii impulsurilor cu vitez inegal prin fibrele ce alctuiesc nervul. In funcie de structur, fibrele se mpart n: fibre mielinice A i B i fibre amielinice C (vezi tabelul nr. 1).

18

Elemente de neuro-fiziologie

Tipul de fibr Mielinic A

Diametrul (m) 10 20

Vitez (m/s) 60 120

Funcia fibrei

Motoneuronii Proprioreceptorii Exteroreceptorii tactili Mielinic A 7 15 40 90 i presoreceptorii Mielinic A 48 30 40 Motoneuronii Receptorii dureroi Mielinic A 2,5 5 15 25 Termoreceptorii Fibre vegetative Mielinic B 13 3 14 preganglionare Rspuns reflex dureros Amielinic C sub 1 0,5 2 Fibre vegetative postganglionare Tabel nr. 1 mprirea fibrelor nervoase n funcie de structur Fibrele A la rndul lor, n raport de grosime se clasific n fibre alfa, beta, gama i delta. Diametrul lor variaz de la 1 la 20 m, iar viteza de conducere ntre 5 m/s i 120 m/s (alfa = 10-20 m ; 60-120 m/s; beta = 7-15 m, 40-90 m/s; gama = 4-8 m, 30-40 m/s; delta = 2,5 5 m, 15-25 m/s. Astfel de fibre sunt ataate motoneuronilor i proprioceptorilor. Tipul B cu diametrul de 1-3 m i vitez de conducere de 3-14 m/s sunt fibre preganglionare vegetative. Fibrele C, amielinice cu diametrul sub 1 m cu vitez de conducere de 0,5-2 m/s, formeaz fibrele postganglionare vegetative i nervii senzitivi ce conduc durerea.

1.4. Noiuni generale privind anatomia i fiziologia sinapseiImpulsurile nervoase sunt transmise de la un neuron la altul prin jonciuni funcionale interneuronale denumite sinapse. Deci sinapsa este regiunea de comunicare neuro-neuronal sau neuro-efectoare (muchi sau glande). La nivelul acestei poriuni exist diferenieri morfofuncionale ce determin excitaia sau inhibiia elementului postsinaptic, atunci cnd neuronul presinaptic intr n activitate. Transmiterea impulsului nervos de la zona presinaptic la cea postsinaptic nu este o simpl sritur de potenial de aciune, ci un proces mult mai complex, datorat faptului c membrana postsinaptic este inexcitabil electric. n afar funciei sale n transmiterea excitaiei sau inhibiiei de la un neuron la altul, sinapsa este i o zon de comunicare intercelular prin care o celul i exercit influenele trofice asupra celeilalte. Sherrington n 1897 a denumit acest loc de contact ntre doi neuroni sinaps. Ramon y Cajal la nceputul secolului a adus argumente morfologice i experimentale pentru ntreruperea continuitii sistem nervos la nivelul jonciunii interneuronale. Otto Loewi n 1921, a dovedit pentru prima dat existena mediatorilor chimici responsabili de transmiterea impulsului nervos la nivelul sinapsei. n anul 1954 G.E. Palade a studiat ultrastructura sinaptic cu ajutorul microscopului electronic lmurind definitiv elementele ultrastructurale ale sinapsei.

19

Lector univ. drd. Dobreci Daniel-Lucian, Asist. univ. Mare Gabriel

Clasificarea sinapselor Din punct de vedere al modalitii de transmitere a impulsului nervos, sinapsele se clasific n: Sinapse chimice la care efectul asupra zonei postsinaptice se exercit prin producerea unei neurosecreii de ctre zona presinaptic. Aceste sinapse predomin la mamifere i la om. Sinapse electrice asemntoare morfologic cu cele chimice, dar la nivelul lor transmiterea impulsului nervos presinaptic asupra zonei postsinaptice se face printr-un curent de aciune. In general, aceste sinapse au spaiu mai ngust dect primele (aproximativ 2 nm) fa de 20-30 nm ct au sinapsele chimice. Sinapsele electrice se descriu mai ales la nevertebrate iar la om sunt discutabile. Ele formeaz jonciuni lacunare sau gap junctions, care se caracterizeaz prin existena unor puni de joas rezisten ionic, prin care ionii trec uor dintr-o celul n alta. La mamifere, ele au fost descrise doar n sinapsele din nucleul vestibular. Alte clasificari: Din punct de vedere al naturii neurotransmitorului chimic s-au descris sinapse: colinergice (acetilcolina), adrenergice (noradrenalina), dopaminergice (DOPA-mina), serotoninergice, gabaergice etc. Din punct de vedere funcional se deosebesc sinapse excitatorii sau inhibitorii. Din punct de vedere structural s-au descris trei tipuri de sinapse: tipul I, sinapse axo-dendritice, excitatorii cu o fant sinaptic mai lung 30 nm, cu o membran presinaptic ngroat i vezicule presinaptice sferice. tipul II, sinapse axo-somatice cu o fant sinaptic mai ngust (20 nm) cu o membran presinaptic mai subire, veziculele sinaptice sunt turtite sau alungite. tipul III de sinapse sunt cele cu spaiu sinaptic ngustat de 2 nm. Din acest tip fac parte sinapsele electrice. Se descriu apoi n afar de sinapsele axo-dendritice i axo-somatice, sinapse axoaxonice, dendro-dendritice, somato-somatice i chiar dendro-somatice. Examinrile ultrastructurale au relevat existena unor variate tipuri de sinapse la nivelul SNC i periferic. Un neuron poate primi fibre presinaptice de la muli ali neuroni prin convergen i la rndul su poate trimite fibre la mai muli neuroni prin divergen. Foarte rar se ntlnesc neuroni n raport de 1 la 1. Cele mai multe legturi sinaptice sunt de ordinul sutelor sau mai frecvent de ordinul miilor. Aceste rapoarte determin securitatea sinaptic n interiorul sistemului nervos. Neuroplasticitatea sinaptic Sinapsele nu sunt formaiuni statice, rigide, ci prezint o mare plasticitate, care const n capacitatea de a-i modifica permanent funcionalitatea, de a fi nlocuite, de a spori sau de a se reduce ca numr n funcie de statusul funcional. Aceast plasticitate apare mai pregnant n cursul dezvoltrii organismului, dar ea este prezent i la adult. Aceast proprietate are rolul de primenire, rol necesar n anumite condiii precum lezarea sau distrugerea sinapsei, datorit acestei proprietai putem s asistm la refacerea sinapsei n aproximativ 60 de zile. Primenirea la adult este un proces de remodelare funcional, aceast nlocuire i remodelare funcional la adult se petrece n circa 35-40 de zile. Acest proces se realizeaz att datorit uzurii funcionale, care n cazul sinapselor se realizeaz relativ rapid din cauza suprasolicitrilor, ct i adaptarea permanent a 20

Elemente de neuro-fiziologie

acestora la solicitrile mereu crescnde. S-a constatat c sporirea complexitii mediului ambiant duce la creterea cu peste 10% a numrului crestelor sau sporilor dendritici. Se pot evidenia trei direcii sub care putem privii plasticitatea sinapselor: 1) n ceea ce privete calitatea i cantitatea eliberrii mesagerilor chimici; 2) calitatea i numrul receptorilor postsinaptici 3) modificarea dimensiunilor fantei sinaptice. Plasticitatea secretorie este accentuat prin eliberarea unor mesageri principali sau secundari (neurotransmitori, cotransmitori i neuromodulatori). Neuronul i poate schimba chiar profilul secretor, transformndu-se din excitator n inhibitor i invers. Receptorii postsinaptici pot crete ca numr sau chiar suprafaa postsinaptic poate crete prin sporirea spinilor dendritici. Ca urmare unei solicitri dimensiunea spaiului sinaptic se poate modifica i el n funcie de ritmul sau durata transmiterii sinaptice. Structura sinapsei Microscopia electronic a artat c axonul presinaptic se termin la locul de contact cu neuronul postsinaptic printr-o poriune lrgit de 0,5-2 m, denumit din cauza formei sale buton sinaptic sau buton terminal. Partea mai ngroat a butonului terminal alctuiete zona sau membrana presinaptic. In apropierea butonului sinaptic, fibra nervoas axonal i pierde teaca de mielin. In interiorul butonului exist numeroase organite celulare reprezentate mai ales de mitocondri (mai numeroase dect ntr-un volum similar de citoplasm celular). Sunt n medie 10.000 de vezicule cu diametrul de 30-60 nm, mai numeroase n apropierea spaiului sinaptic. Veziculele se aglomereaz n anumite puncte ale membranei presinaptice, iar n dreptul veziculelor membrana devine mai opac. Veziculele conin stocate mici pachete moleculare (numite cuante) cu transmitori chimici responsabili pentru transmiterea sinaptic. Morfologia veziculelor variaz n funcie de neurotransmitorul pe care-l conine. Aa de exemplu, veziculele din sinapsele adrenergice i cele dopaminergice apar de diametru mai mare, granulare i dense n centrul lor, pe cnd veziculele colinergice, glutamatergice i gabaergice apar de diametru mai mic i clare. Veziculele din sinapsele inhibitorii din cortexul cerebral apar turtite sau alungite n timp ce n sinapsele excitatorii apar rotunde. Veziculele reprezint componentul cel mai important cantitativ, cel mai constant i specific al terminaiilor sinaptice. Dei cantitatea i aezarea veziculelor variaz n diferite sinapse ntotdeauna se poate observa o strns asociere a lor cu membrana presinaptic. Veziculele ar avea rolul s stocheze mediatorii chimici sinaptici sintetizai n zona pericarionului i transportai prin microtubuli n butoni terminali. Din ele se elibereaz apoi substana mediatoare. n butonul sinaptic se evideniaz de asemenea i un mnunchi de material amorf electrodens. Materialul dens este format din proteine filamentoase (proteine asociate membranei sinaptice sau asociate veziculelor, care se ntind de la o vezicul la alta i din filamente mai groase situate n axoplasm, dar cu baza pe membrana presinaptic sunt structurile citoscheletului butonului sinaptic. Deoarece veziculele sinaptice nconjoar i se ataeaz de proteinele filamentoase, s-a emis ipoteza dup care ele ar juca un rol n procesul de exocitoz a coninutului veziculelor. ntre membrana presinaptic i cea postsinaptic cu care vine n contact exist un spaiu liber numit fisur sau fant sinaptic a crui grosime variaz ntre 10-30 nm. Acest spaiu sinaptic este plin cu lichid extracelular i o reea filamentoas de proteoglican care are rolul de a asigura adezivitatea celor dou membrane, pre i postsinaptic. n zona postsinaptic nu exist vezicule, regiunea fiind n general mai srac n organite celulare. Pe suprafaa intern a membranei postsinaptice exist un strat de particule foarte fine. Funcia particulelor nu este nc cunoscut dar se presupune c reprezint un material proteic implicat n meninerea i renovarea receptorilor din membrana postsinaptic. Membrana postsinaptic conine structurile receptoare, caracteristice mediatorului eliberat din zona presinaptic. Mediatorul acioneaz asupra 21

Lector univ. drd. Dobreci Daniel-Lucian, Asist. univ. Mare Gabriel

receptorilor din membrana postsinaptic. Receptorii mediatorilor sunt molecule mari de proteine, inclavate n structura bimolecular lipidic a membranei. Receptorii sunt formai din dou componente: o component fixatoare a mediatorului, care proemin n afara membranei n fisura sinaptic o component ionofor, care ptrunde prin membran n interiorul neuronului postsinaptic. Ionoforul se prezint sub forma unui canal ionic, ce se deschide sub influena mediatorului chimic, deci este un canal ligand-dependent. Consecina interaciunii mediatorului cu receptorul o constituie modificarea permeabilitii membranei postsinaptice cu depolarizarea (n cazul sinapselor excitatorii) sau hiperpolarizarea (n cazul sinapselor inhibitorii) a neuronului postsinaptic. Date generale privind mediatorii chimici Ideea transmiterii chimice este mai veche, dar a fost confirmat de cercetrile lui Otto Loewi (1921-1926). Pentru ca o substan s fie considerat un mediator chimic este nevoie ca ea s ndeplineasc o serie de condiii formulate de Paton (1958): s existe ca atare sau sub forma de precursori n teritoriul presinaptic; enzimele de sintez s existe n acelai teritoriu; sistemul enzimatic de inactivare s fie prezent n teritoriul sinaptic. stimularea terminaiilor nervoase presinaptice s determine eliberarea n cantiti suficiente a acestei substane; aplicarea substanei la nivelul membranei postsinaptice s determine acelai efect cu stimularea presinaptic. Neuronii, n calitate de celule secretoare, s-au dovedit a fi capabili s produc i s elibereze o gam larg de substane chimice, cu rol semnalizator i reglator. In afar de neurotransmitorii propriu zii, care sunt principalele substane a cror eliberare i aciune asigur transmiterea mesajului neuronal la nivelul sinapsei, astzi se discut despre aa zii cotransmitori, eliberai odat cu neurotransmitorii. Ei particip att la modificarea rspunsului postsinaptic, ct i la reglarea eliberrii mediatorului din terminaia nervoas presinaptic sau exercitnd efecte trofice n teritoriu. O a treia gam de substane chimice eliberate n zona presinaptic sunt neuromodulatori. Aceste substane chimice nu sunt capabile s produc un rspuns sinaptic specific, dar ei realizeaz modificri de durat ale capacitii de rspuns i transmitere neuronal pre- i postsinaptic. Ansamblul chimic reprezentat de neurotransmitori, cotransmitori i neuromodulatori, asigur o activitate sinaptic fin ajustat nevoilor de moment ale organismului fiind unul din factorii responsabili de plasticitatea sinaptic. Mediatorul chimic al celor mai multe sinapse l reprezint acetilcolina. Mediatorii chimici se clasific astfel: Acetilcolina Aminele biogene: catecolaminele - Noradrenalina, adrenalina, dopamina, serotonina (5 hidroxitriptamina), histamina Aminoacizii: excitatori - glutamatul i aspartatul Inhibitori - acidul gamoaminobutiric (GABA) i glicina Neuropeptidele: opioizii endogeni - endorfinele, enkafalinele i dinorfina, substana P, neuropeptidul Y, colecistokinina (CCK), somatostatina, angiotensina, peptidul vasoactiv intestinal (VIP) Purinele: ATP, ADP, AMP i adenozina Alte molecule cu funcie neuromodulatorie: gazele (monoxidul de azot (NO), monoxidul de carbon), steroizii: aldosteronul, cortizonul (i ali glicorticoizi), progesterenul, estrogeni (17 estriolul), testosteronul, prostaglandinele (PGE), interferonii,interleukinele (IL1). 22

Elemente de neuro-fiziologie

Transmiterea sinaptic Transmiterea sinaptic este constituit dintr-o secven de ase evenimente a cror desfurare este urmtoarea: a. Sinteza mediatorului Sinteza mediatorului are loc la nivelul corpului celular, dar i la nivelul butonilor terminali. Ambele zone sunt prevzute cu echipamentul enzimatic necesar. Produs la nivelul corpului celular (pericarionului), mediatorul chimic este transportat, prin mecanismul fluxului axoplasmatic, pn la nivelul terminaiilor. b. Stocarea mediatorului Stocarea mediatorului este procesul prin care se creeaz rezervele presinaptice de mediatori chimici necesari pentru momentul n care unda de depolarizare presinaptic va determina eliberarea acesteia ntr-un ritm accelerat i explosiv. Pn nu de mult se considera c veziculele presinaptice ar reprezenta unicul sediu al stocurilor presinaptice de mediator. Excesul de mediator chimic ce nu poate fi stocat de vezicule se consder c este inactivat prin hidroliz enzimatic la nivelul citoplasmei (acetilcolinesteraza pentru acetilcolin, carboximetil transferaza, (COMT) i monoaminoxidaza, (MAO) pentru noradrenalin i dopamin. c. Eliberarea mediatorului Eliberarea mediatorului este procesul prin care acesta ajunge n spaiul sinaptic. Este n fond un fenomen de neurosecreie explosiv declanat de apariia potenialului de aciune (sau altfel spus al undei de depolarizare) la nivelul membranei butonului terminal. Aceast depolarizare a butonului terminal va determina n afara ptrunderii Na+ i un influx masiv de Ca++. Ionii de Ca++ din mediul extracelular ptrund ntr-o oarecare msur prin canalele de Na+ voltaj-dependente deschise rapid de potenialul de aciune. Ins majoritatea Ca++ ptrunde prin canale specifice de Ca++-voltaj-dependente care se deschid mai lent. Acest influx de ioni de Ca++ reprezint mecanismul de cuplare a potenialului de aciune cu secreia mediatorului chimic. Se produce o ataate, o fuziune, a 200-300 de vezicule la membrana presinaptic i evacuarea coninutului n spaiul sinaptic prin procesul de exocitoz. Dup golirea coninutului vezicular prin exocitoz, membrana acestora va fi incorporat n structura membranei presinaptice, din care ulterior se formeaz noi vezicule care se ncarc cu mediator chimic. n momentul apariiei potenialului de aciune n teritoriul presinaptic, frecvena de descrcare a canalelor de mediator crete att de mult nct determin apariia potenialului postsinaptic ce se poate propaga prin procesele de sumare temporare i spaiale. d. Traversarea spaiului sinaptic Traversarea spaiului sinaptic de ctre cuantele de mediator chimic ce se realizeaz prin micare brownian tinznd s ajung la membrana postsinaptic. e. Aciunea postsinaptic a mediatorului Ajuns la nivelul membranei postsinaptice, mediatorul i exercit aciunea prin cuplarea cu receptorii specifici. Apariia complexului mediator-receptor determin modificri n structura postsinaptic. Aceste transformri reversibile au drept consecin modificrile de permeabilitate ce stau la baza rspunsului postsinaptic la realizarea potenialului postsinaptic. f. Inactivarea mediatorului Inactivarea mediatorului este procesul prin care se realizeaz scoaterea din circulaie a mediatorului eliberat, n vederea relurii ciclului la stimulul urmtor. Viteza

23

Lector univ. drd. Dobreci Daniel-Lucian, Asist. univ. Mare Gabriel

deosebit de mare cu care se realiza acest proces presupune existena unor mecanisme multiple. Acestea sunt: Inactivarea enzimatic postsinaptic sau transinaptic se realizeaz cu ajutorul enzimelor hidrolitice din membrana postsinaptic sau din spaiul sinaptic. Aceste enzime plasate frecvent n imediata apropiere a receptorilor, desface complexul mediator-receptor pe msur ce acesta se formeaz. Captarea postsinaptic se realizeaz de ctre structurile postsinaptice i trecute n citoplasma acestuia unde este inactivat. Acest mecanism intereseaz mai ales o parte a mediatorului chimic ce nu a fost fixat pe receptori. Difuzia extrasinaptic - o parte a mediatorului eliberat difuzeaz n spaiul extrasinaptic, unde este inactivat de enzimele hidrolizante cu sediu extracelular sau captat de celulele extrasinaptice (nevroglii, celule musculare, celule sanguine etc.). Recaptarea. Zona presinaptic capteaz o parte a mediatorului eliberat n vederea reutilizrii lui (de exemplu noradrenalina, dopamina, GABA etc.). Particularitile transmiterii sinaptice Conducerea unidrecionat. Propagarea impulsului nervos prin sinaps se face ntro singur direcie, din zona presinaptic spre zona postsinaptic. Dirijarea n sens unic a mesajului nervos se explic prin amplasarea veziculelor cu mediator chimic doar n zona presinaptic i prin prezena receptorilor membranari cu specificitate pentru mediatorii eliberai numai pe membrana postsinaptic. ntrzierea sinaptic. Eliberarea mediatorilor chimici n fisura sinaptic, prin intermediul crora se conduce influxul nervos de la un neuron la altul, explic ntrzierea sinaptic de aproximativ 0,5 ms. Fatigabilitatea transmiterii sinaptice. Stimularea repetitiv a unei sinapse excitatorii provoac la nceput descrcri frecvente n neuronul postsinaptic, pentru ca n urmtoarele milisecunde sau secunde, descrcrile s se rreasc progresiv. Fenomenul poart numele de oboseal sinaptic. Datorit oboselii sinaptice, zonele supraexcitate din sistemul nervos i reduc dup un timp excitabilitatea excesiv. Oboseala sinaptic constituie astfel un mecanism de protecie a organelor efectoare. Apariia oboselii sinaptice este pus n primul rnd pe seama epuizrii stocurilor de mediatori din butonii sinaptici. Pe de alt parte oboseala sinaptic ar putea fi datorat inactivrii treptate a mai multor receptori membranali postsinaptici. Fenomenul de postdescrcare. La stimularea singular a unei ci aferente se obine un rspuns multiplu i prelungit a neuronului eferent, fenomen numit postdescrcare. Fenomenul este explicat prin existena circuitelor reverberante, n care neuronii intercalari, aezai n circuit nchis sau n lan supun neuronul terminal eferent unui bombardament prelungit de stimuli. Transmiterea sinaptic n fibrele vegetative Fibrele nervoase vegetative postganglionare simpatice sau parasimpatice, constituie o sinaps chimic special, care ns nu ia contact direct cu celulele musculare netede sau cu celulele glandulare. Unele fibre nervoase vegetative prezint pe traiectul lor din loc n loc poriuni numite varicoziti, cu un diametru de 0,5-1 m. Aceste varicoziti conin granule de noradrenalin sau vezicule cu acetilcolin, care sunt eliberate cnd unda de depolarizare ajunge n dreptul lor. Datorit faptului c mediatorul se elibereaz pe ntreg traiectul fibrei nervoase, sunt antrenate n contracie un numr mare de celule musculare netede sau celule glandulare. Persistena local a mediatorului chimic explic rspunsul repetitiv dup un singur stimul. Fibrele nervoase nevenind n contact intim cu fibrele musculare netede, fiind separate de acestea printr-un spaiu de 20-30 nm, mediatorul se rspndete la numeroase celule musculare nvecinate, unde receptorii sunt mprtiai pe ntreaga 24

Elemente de neuro-fiziologie

sarcolem. Aceste jonciuni de contact funcioneaz aproape ca i placa motorie dar din cauz c mediatorul este nevoit s se respndeasc pe o distan mai mare dect a unei suprafee sinaptice obinuite, rspunsul contractil a musculaturii netede are o laten mai mare dect a muchiului striat. De asemenea i durata contraciei este de cca 30 ori mai mare comparativ cu secusa muchiului striat.

1.5. Arcul reflexPrin act reflex se nelege reacia de rspund involuntar i incontient a organismului, aprut la aplicarea unui stimul asupra unei zone receptoare, cu participarea sistemului nervos. Reflexele secretorii i motorii gastrice i intestinale, reflexele respiratorii, circulatorii precum i reflexele motorii care menin echilibrul i postura se desfoar fr un control contient. Atingerea cu degetul a unei suprafee ascuite provoac retracia minii nainte de apariia durerii contiente, ceea ce demonstreaz caracterul involuntar al reflexului. Baza anatomic a actului reflex este arcul reflex, compus din cinci elemente: receptorul, calea aferent, centrul reflex, calea eferent i efectorul. Terminaiile nervoase libere sau specializate ndeplinesc rolul de receptori. In alctuirea cilor aferente intr fibre nervoase senzitive a cror neuroni de origine sunt situai n ganglionii spinali sau n ganglionii nervilor cranieni. Este vorba de dentritele acestor neuroni. Centrii nervoi pot fi localizai n mduva spinrii sau n etajele supraiacente. Calea aferent este constituit din fibre nervoase motorii somatice sau vegetative. Dei majoritatea celulelor din organism se comport ca i efectori, esuturile specializate n rspunsuri efectoare sunt muchii i glandele.

1.6. ReceptoriiReceptorii transform diferitele forme ale variaiilor de energie din mediul nconjurtor, n semnale nervoase. In receptori are loc n acelai timp o codificare a informaiei. Din punct de vedere structura, receptorii sunt fie terminaii nervoase libere, fie formaiuni specializate. Clasificarea receptorilor a fost fcut pentru prima dat de Sherrington n 1906, n funcie de localizarea lor: exteroreceptori i interoreceptori. Exteroreceptorii rspund la stimuli care iau natere n afara organismului, iar interoreceptorii la cei din interiorul lui. Exteroreceptorii la rndul lor sunt de dou feluri: Telereceptori (receptorii la distan). Sursa de energie care excit asemenea receptori este situat la distan (de exemplu receptorii vizuali, auditivi). Receptorii de contact, vin n contact direct cu sursa de energie (de ex. receptorii tactili). Interoreceptorii, n funcie de amplasarea lor se mpart n: Proprioreceptorii, rspndii n muchi, tendoane, articulaii i aparatul vestibular. Visceroreceptorii, mprtiai difuz n organele interne. n ultima vreme se prefer o clasificare a receptorilor n funcie de natura energiei care i influeneaz. Se disting astfel: Mecanoreceptorii cum ar fi: receptori tactili, auditivi (sensibili la vibraii), presoreceptorii, baroreceptorii din artere (zona sinusului carotidian); fusurile neuromusculare i corpusculii tendinoi Golgi. 25

Lector univ. drd. Dobreci Daniel-Lucian, Asist. univ. Mare Gabriel

Termoreceptorii sensibili la radiaiile calorice: receptorii pentru cald i pentru rece. Receptorii electromagnetici excitai de radiaiile electromagnetice reprezentai de celulele cu conuri i bastonae din retin. Chemoreceptorii sensibili la modificrile chimice ale mediului intern: receptorii din muguri gustativi, receptorii epiteliului olfactiv, receptorii aortici i din glomusul carotidian, sensibili la pO2 sanguin i a pCO2 sanguin, receptori sensibili la concentraia sanguin a glucozei, a acizilor aminai i a acizilor grai, situai de asemenea n hipotalamus. Osmoreceptorii din nuclei anteriori ai hipotalamusului i Algoreceptorii sau nociceptorii impresionai de stimulii dureroi, reprezentai de fibrele nervoase libere. Metodele moderne de studiu al receptorilor constau n introducerea unor microelectrozi fie n receptori, fie n nervii afereni, cu nregistrarea potenialului de aciune. Primele determinri au fost fcute n 1950 de Katz asupra proprioreceptorilor. Ulterior, astfel de cercetri s-au extins i asupra corpusculilor tactili Vater-Pacini. Fibra nervoas din corpusculul Vater-Pacini are dimensiuni de 2m. Captul distal al fibrei nervoase aferente din interiorul corpscului este amielinic. nc din interiorul corpusculului, fibra nervoas ncepe s fie acoperit de teaca de mielin. Prima strangulaie Ranvier se afl n interiorul corpusculului, iar cea de a doua strangulaie, n apropierea punctului n care fibra nervoas prsete corpusculul. Microelectrozii introdui n receptor, n poriunea de fibr nervoas amielinic au artat c sub influena stimulului, n fibra nervoas apare o modificare a potenialului de repaus proporional cu intensitatea stimulului, care nu se supune legii tot sau nimic. Cu ct presiunea exercitat asupra receptorului crete, cu att se amplific depolarizarea n corpusculul Vater-Pacini ajungnd pn la 100 mV. Variaia de potenial electric aprut n receptor sub aciunea stimulului poart denumirea de potenial receptor sau potenial generator. Presiunea exercitat produce o deformare a terminaiunii nervoase, cu deschiderea canalelor pentru Na+ i ptrunderea Na+ n interiorul fibrei. Cu ct presiunea exercitat este mai mare, cu att mai mult Na+ strbate membrana. Modificrile de potenial din receptor ce ating valoarea de 10 mV sunt transmise dea lungul fibrei. Transmiterea depinde de diferena de potenial dintre prima strangulaie Ranvier i receptor. Cnd se anesteziaz sau se comprim prima strangulaie Ranvier potenialul generator din receptor nu se transmite. Potenialul generator ce se transmite prin nerv, d natere la potenialul de aciune sau potenialul propagat care ia natere ntre prima i a doua strangulaie Ranvier. Codificarea informaiei la nivelul receptorului Pn acum am prezentat funcia de traductor a receptorului, de transformare a energiei din mediul nconjurtor n semnal nervos. Un stimul fiziologic ce acioneaz asupra receptorilor este caracterizat prin urmtorii parametri: calitate, intensitate, extindere care reprezint distribuie spaial i durata de timp, care reprezint desfurare temporal. Toi aceti parametri sunt codificai n semnalul pe care receptorul l transmite centrilor nervoi superiori. Codificarea calitii stimulului Codificarea calitii stimulului depinde n primul rnd de structura poriunii aneurale a receptorului. Fiecare tip de receptor rspunde la un anumit tip de stimulare, sau cu alte cuvinte receptorii sunt celule specializate n perceperea unei forme de energie, reacionnd slab sau deloc la alte forme. Forma de energie la care terminaia aferent rspunde optimal n timpul funcionrii normale poart numele de stimul adecvat. In circumstane neobinuite, terminaiile aferente descarc i la alte forme de energie. Senzaiile percepute sunt ns ntotdeauna cele ale stimulului adecvat pentru receptor, indiferent de forma de energie

26

Elemente de neuro-fiziologie

care a iniiat descrcrile de poteniale de aciune la nivelul terminaiilor sau de-a lungul cii aferente. Codificarea intensitii stimulului Potenialele propagate n nervul aferent sunt cu att mai frecvente cu ct potenialul receptor este mai mare. Prin urmare, receptorul codific informaia prin modularea fecvenei. Stimulii slabi dau natere la impulsuri slabe n nervi, iar stimulii puternici, la impulsuri frecvente. Creterea potenialului generator nu schimb amploarea potenialului de aciune din nerv ci doar frecvena lui. Sistemul nervos central interpreteaz intensitatea stimulului printr-o codificare n frecven, existnd un paralelism net ntre frecvena absolut i intensitatea stimulului, exprimat n legea Weber-Fechner, care demonstreaz c frecvena impulsurilor nervoase generat de un nerv senzitiv (F) este proporional cu logaritmul intensitii stimulului (IS): F = K log IS Constanta K este constant de proporionalitate Rspunsul logaritmic al receptorilor la intensitatea stimulului confer acestora o scar foarte larg de sensibilitate i perceptivitate. Dac receptorii nu ar rspunde logaritmic, nu ar putea fi detectate dect modificrile mari ale intensitii stimulului. Creierul ns apreciaz de fapt intensitatea real a stimulului (IR), senzaia perceput, nu n raport cu logaritmul stimulului, ci cu intensitatea stimulului (IS) ridicat la o putere constant (A) nmulit cu constanta de proporionalitate (K). Acest fenomen este cunoscut n psihofiziologie sub numele de legea puterii: IR = K.(IS)A Exponentul A i constanta K sunt diferite pentru fiecare tip de senzaie. Legea nu este valabil pentru toate tipurile de energie, lipsind corespondena ntre stimuli i senzaie, mai ales la energiile foarte mici i foarte mari. La valorile medii ale energiei stimulul crete n progresie geometric, iar senzaia perceput n progresie aritmetic. Se poate remarca o relaie liniar att cu intensitatea real a stimulului ct i cu intensitatea actual a stimulului. Stimulii de intensitate slab i de intensiti prea puternice, a cror existen, n genere iradiaz uor i se concentreaz greu se afl ntr-o relaie nonlinear cu sensibilitatea ceea ce observm la nceputul i sfritul curbei. Pe lng frecvena potenialelor de aciune, intensitatea real a stimulilor se apreciaz i dup variaia numrului de receptori activai. In mod obinuit stimulii activeaz mai intens un cmp receptor. In acest mod numrul total al impulsurilor nervoase este de fapt suma frecvenelor individuale, a mai multor receptori i a mai multor fibre nervoase aferente, realizndu-se o codificare spaial a informaiei primite de ctre receptor. Adaptarea receptorilor Potenialele de aciune, potenialele propagate, din nervii conectai cu receptorul tactil Vater-Pacini apar n momentul comprimrii receptorului. Dei compresiunea se menine, se constat c potenialele de aciune se rresc i dup un timp scurt dispar. Ele reapar odat cu nlturarea compresiunii. Rrirea i dispariia potenialelor de aciune din nervul aferent constituie fenomenul de adaptare. Receptorii care se adapteaz rapid se numesc receptori fazici. Exist ns receptori care se adapteaz foarte ncet sau incomplet, numii receptori tonici. Algoreceptorii, receptorii pentru frig, baroreceptorii, fusurile neuromusculare sunt receptori tonici ce informeaz n mod constant creierul asupra strii organismului i asupra relaiilor sale cu mediul nconjurtor. Senzaiile de durere i de rece sunt declanate de stimulii cu potenial nociv. Dac algoreceptorii i receptorii pentru frig s-ar adapta rapid, i-ar pierde din rolul lor fiziologic, de a dezvlui pericolul. Baroreceptorii sinocarotidieni i cardioaortici intervin n 27

Lector univ. drd. Dobreci Daniel-Lucian, Asist. univ. Mare Gabriel

permanen n reglarea presiunii arteriale, iar adaptarea lor ar limita precizia cu care opereaz sistemul de reglare. Fusurile neuromusculare joac un rol n adaptarea posturii de lung durat. Fenomenul de adaptare nu corespunde cu oboseala receptorului, ntruct stimularea lui mai intens d natere la o nou reacie de rspuns. In cursul adaptrii s-a modificat pragul de excitabilitate a receptorului fa de stimul. Fenomenul de adaptare este important n fiziologie, deoarece d posibilitatea receptorilor s detecteze noi modificri de energie din mediul nconjurtor. Receptorii sunt prin urmare, influenai numai de variaiile brute de energie. Energia de aceeai intensitate, aplicat timp ndelungat, nu are nici o valoare informaional. Adaptarea corpusculilor Vater-Pacini au loc n primul rnd deoarece lamele conjunctive concentrice ale corpusculului rmn deformate n zona de maxim presiune, ns se extind rapid n partea opus. Ca urmare, dispare distorsiunea terminaiei nervoase centrale. Dup ndeprtarea lamelor conjunctive ale corpusculului prin procedee de microdisecie, la compresiunea direct a terminaiei nervoase apare o adaptare lent a receptorului, adic receptorul din fazic, devine tonic. Receptorii fazici i tonici se deosebesc prin capacitatea lor de codificare temporar a stimulilor. O prim modalitate este cea n care receptorul descarc tot timpul ct acioneaz excitantul, cazul receptorilor tonici i deci durata semnalizat de receptor coincide cu durata aciunii excitantului. Alt modalitate a codificrii temporale este realizat mai ales de receptorii fazici de diverse tipuri, care semnalizeaz nceputul aciunii excitantului (celule receptoare tip ON), sfritul (celule receptoare tip OFF) sau nceputul i sfritul aciunii excitantului (receptor tip ON-OFF). In general, aceti receptori semnaleaz variaia intensitii stimulului (ex. celulele receptoare din retin).

TEM DE LUCRU

28

Elemente de neuro-fiziologie

EVALUARE

Rezumat

29

Lector univ. drd. Dobreci Daniel-Lucian, Asist. univ. Mare Gabriel

Capitolul II. Elemente generale privind neuro-fiziologia fibrei musculareScop Obiective operaionale

30

Elemente de neuro-fiziologie

2.1. Jonciunea neuro-muscular (placa neuro-motorie)Jonciunea neuro-muscular reprezint o legtur sinaptic prin intermediul creia se transmite informaia electric este transmis prin intermediul mediatorilor chimici de la nerv la muchiul striat scheletic. Nervul este un motoneuron ce are corpul neuronal n mduva spinrii i a crui axon se termin la nivelul unei fibre musculare. (Ben Greenstein, Adam Greenstein, 2000) La muchii striai transmiterea informaiei de la nivelul sistemului nervos central se face prin intermediul unor formaiuni numite plci motoare, care reprezint sinapse neuromusculare. (Hefco, 1997) Denumit i sinapsa neuromotorie sau jonciunea neuromotorie, placa motorie este o formaiune anatomic specializat la nivelul creia o fibr motorie somatic contacteaz o fibr muscular striat. (Leon Dnil, Mihai Golu, 2000) Axonul celulei nervoase pierde teaca de mielin, se ramific la captul terminal, formnd placa motorie care se invagineaz n fibra muscular, dar se afl aezat n afara sarcolemei. ntreaga formaiune este acoperit cu una sau mai multe celule Schwann, care izoleaz placa motorie de mediul nconjurtor. Structura unei invaginaii sinaptice, a unei ramificaii axonice privit la microscopul electronic, evideniaz ntre membrana neuronal, care formeaz membrana presinaptic i sarcolem faptul c exist un spaiu numit fanta sinaptic de 20-50 nm. Acest spaiu este ocupat de lama bazal, care reprezint un strat subire de esut reticulat spongios prin care difuzeaz lichidul extracelular. Membrana postsinaptic format din sarcolema fibrei musculare apare foarte cutat, cu o mulime de falduri principale i secundare, care-i mresc suprafaa de contact ntre muchi i mediatorul sinaptic. n zona neuronal presinaptic, se evideniaz numeroase mitocondrii cu acelai rol ca la sinapsele interneuronale i vezicule sinaptice coninnd acetilcolin. Sarcolema este extrem de sensibil la acetilcolin n zona plcii terminale. n aceast zon sarcolema este nzestrat cu 1 la 4 x 107 receptori colinergici pentru o jonciune neuromotorie. Receptorii prezeni n sarcolem sunt receptori colinergici nicotinici. Receptorii sunt sintetizai n aparatul Golgi din zona postsinaptic, de unde sunt transportai la locul de inserie din membrana postsinaptic. Receptorii captai, internalizai, sunt degradai de enzimele lizozomale din zona postsinaptic. Procesul de internalizare este un proces de endocitoz. Prin urmare, exist un proces de remprosptare continu, un turnover a receptorilor nicotinici n membrana sarcolemic a plcii terminale. Membrana sarcolemic sufer modificri morfologice remarcabile n zona plcii terminale. Aa cum am vzut, ea devine extrem de cutat, neregulat, formnd o mulime de fante sinaptice secundare care se deschid toate n spaiul sinaptic primar. Fanta sinaptic are n interiorul su un strat de material electrodens, numit substana sau membrana de baz, care urmeaz fidel fiecare fant postjonional. Pe aceast membran de baz se fixeaz acetilcolinesteraza, enzima care marcheaz, hidrolizeaz, acetilcolina. La marginea scobiturii sinaptice aceasta fuzioneaz cu un strat de celule Schwann, nchiznd fanta i formnd o barier mpotriva difuziunii mediatorului n afara zonei sinaptice. Fiecare vezicul din zona presinaptic conine aproximativ 4000 de molecule de acetilcolin (ceea ce reprezint o cuant de acetilcolin). Un impuls nervos depolarizeaz membrana postsinaptic cu 30-40 mV, deschiznd canalele de Ca++ i determin golirea coninutului a 200-300 de vezicule cu acetilcolin n fanta sinaptic. Pentru fiecare molecul de acetilcolin eliberat exist un disponibil cca 10 receptori colinergici i 10 molecule de acetilcolinesteraz. La om, o cuant de acetilcolin, adic coninutul unei vezicule presinaptice deschide cca 1500 canale de Na+ care sunt penetrate de 5 x 104 ioni de Na+. S-a calculat c deschiderea numai a 4% din canalele de Na+ ar produce 90% 31

Lector univ. drd. Dobreci Daniel-Lucian, Asist. univ. Mare Gabriel

din depolarizarea maxim a plcii terminale. Prin urmare, exist o lung marje de siguran pentru transmiterea neuromuscular. Rspunsul contractil dispare numai dup blocarea a 90% dintre receptorii colinergici nicotinici. Ca urmare a penetrrii ionilor de Na+ n zona postsinaptic a muchiului, se produce un potenial de plac terminal, asemntor cu PPSE. Potenialul crete de la 90 mV, valoarea potenialului de repaus a sarcolemei, la valori mai puin negative i cnd atinge 50 mV apare potenialul de aciune propagat, condus de-a lungul sarcolemei cu o vitez de 3-5 m/sec, care iniiaz contracia muchiului striat. nregistrndu-se activitatea electric n zona postsinaptic se pot observa poteniale miniaturale ale plcii terminale de 1-2 mV, cu o frecven de cca 1 potenial/sec, ce sunt datorate spargerii spontane a unor vezicule de acetilcolin. Potenialele miniaturale au amplitudine att de redus, nct pot fi nregistrate numai n imediata vecintate a jonciunii neuro-motorii. Pn cnd potenialul plcii terminale nu ajunge la valoarea prag, adic la un potenial de 50 mV nu se produce potenialul propagat. Jonciunea neuro-motorie se deosebete de sinapsele neuro-neuronale prin urmtoarele caracteristici: Influxul nervos elibereaz n fanta sinaptic a plcii terminale cantiti suficiente de acetilcolin, n stare s induc potenialul de aciune i rspunsul motor, nefiind necesar sumarea temporal i spaial ca n cazul celorlalte sinapse. Acetilcolina se desprinde rapid de pe receptorii colinergici nicotinici din sarcolem, iar n cca 1 msec are loc hidroliza ei sub aciunea acetilcolinesterazei prezent chiar n spaiul sinaptic. Degradarea prompt a acetilcolinei previne reexcitarea muchiului. Jonciunea neuromuscular nu conine mediatori inhibitori, acetilcolin este un mediator excitator.

2.2. Neuro-fiziologia contraciei i relaxrii fibrei musculare striate2.2.1. Mecanismul contraciei musculare izotonice

n timpul contraciei muchiului se produce o ngustare a discurilor clare i a zonei H, cu pstrarea lungimii discului ntunecat. Cu ajutorul microscopului electronic, observm c, n timpul contraciei, lungimea filamentelor groase nu se modific, iar filamentele subiri alunec printre cele groase i determin apropierea liniilor Z. Pe baza acestor constatri, Huxley a propus n anul 1969 teoria glisrii n mecanismul contraciei musculare. Glisarea filamentelor de actin printre cele de miozin se produce prin conectarea i deconectarea alternativ a punilor transversale de zonele active ale actinei. Contracia fibrelor musculare scheletice este declanat de eliberarea Ca2+ din cisterne n citosolul sarcoplasmei. Eliberarea ionilor de Ca2+ din cisternele reticulului sarcoplasmatic se datoreaz undei de depolarizare ce ajunge n profunzimea fibrei musculare prin intermediul tubilor T. n sarcolema muchiului relaxat ionii de Ca2+ se gsesc ntr-o concentraie de 10-7 mol/litru, iar n interiorul cisternelor acetia sunt mai concentrai. Depolariznd membranele cisternelor terminale, se declaneaz eliberarea masiv i brusc n plasm a Ca2+, ajungndu-se la o concentraie de 10-5 moli/litru i nlturndu-se efectele inhibitorii ale troponinei asupra contraciei. nainte de nceperea contraciei, pe captul globular al punii transversale este fixat ATP-ul. Captul globular al punii transversale are i funcie ATP-azic, scindnd imediat ATP-ul i elibernd energia. Din acest motiv, puntea transversal se aeaz perpendicular pe filamentul de actin, ns fr s se ataeze nc de el. Efectul inhibitor al troponinei i tropomiozinei este nlturat de creterea concentraiei ionilor de calciu n 32

Elemente de neuro-fiziologie

citosol. Zonele active ale actinei sunt descoperite n momentul n care se cupleaz captul globular al punii transversale al moleculei de miozin. n timpul contraciei, tropomiozina i troponina ptrund adnc n anul existent ntre cele dou lanuri de actin, descoperind zonele active de pe filamentul de actin. Punile transversale ale miozinei pot astfel s interacioneze cu zonele active ale actinei. Dup stabilirea legturii dintre actin i miozin, se produc modificri conformaionale n puntea transversal ce determin nclinarea captului globular spre braul punii de la 900 la 450, producnd glisarea filamentului de actin nspre centrul sarcomerului i scurtarea acestuia n cursul contraciei izotonice. nclinarea captului globular se face pe seama eliberrii energiei stocate n ATP. Odat cu nclinarea captului globular al punii, el se rencarc cu o nou molecul de ATP. Fixarea ATP-ului determin detaarea miozinei de actin. Datorit activitii ATP-azice a miozinei, ATP-ul este scindat, iar energia eliberat readuce puntea transversal la poziia anterioar (i.e. unghi de 90o), interacionnd cu o nou zon activ pe filamentul de actin. Cu fiecare ciclu, ataarea, nclinarea la 90o a punilor transversale i apoi desprinderea acestora, muchiul se scurteaz cu aproximativ 1% din lungimea sa. Aceste cicluri se repet succesiv pn cnd muchiul i realizeaz programul su contractil, fiind proporional cu fora sa de contracie.2.2.2. Mecanismul contraciei izometrice

n contraciile izometrice, filamentele de actin i miozin nu gliseaz unele printre altele datorit elasticitii punilor transversale. n muchiul contractat izometric se dezvolt o tensiune. n cursul contraciei izometrice punile transversale se ataeaz n unghi drept pe filamentele de actin i apoi se produce rotirea lor cu 450. Datorit acestei micri de rotaie, structurile vscoase elastice ale punilor transversale se pun sub tensiune.2.2.3. Relaxarea muscular

Relaxarea muchilor se produce n momentul n care ionii de Ca2+ sunt recaptai n cister