neurofiziologie_curs1

7/29/2019 neurofiziologie_curs1

1/56

NeurofiziologieConf. dr. Alexandru Babe Catedra de Fiziologie i Biofizic


2/56

I. Sistemul nervos descriere general


3/56

Sistemul nervos central-creierul-mduva spin rii

Sistemul nervos periferic-ganglioni-nervii periferici

Nervii periferici au o componentsenzitiv i una motorie


4/56

Creierul uman

Sistemul limbic (creierulvechi) structuri implicate n generarea emoiilor(amigdala), n memorie(hipocampusul)i n reglareamediului intern(hipotalamusul)

Cortexul cerebral

structur stratificat (6straturi), implicat nfunciile nervoasesuperioare atenie,percepie, gndire, limbaj,

etc


5/56

Regiuni ale creierului implicate n procesarea informaiei

A lobul occipital; B aria lui Wernicke; C aria lui Broca

Aria lui Wernicke implicat n nelegerea limbajului

Aria lui Broca implicat n vorbire


6/56

Complexitatea sistemului nervos

-1011 neuroni-1 neuron conexiuni cu al i104 neuroni-doar 10% dintre celulele din

creier sunt neuroni-90% sunt celule gliale(oligodendrocite, astrocite icelule microgliale)


7/56

II. Sistemul nervos componente celulare


8/56

Neuronii celule glialeNeuroni celule implicate n semnalizare genereaz si propagsemnale electrice

Astrocite celule gliale suport trofic pentruneuronii alte tipuri de

celuleOligodendrocite genereaz stratul demielin pentru izolareaaxonilor n SNC

Microglii celulele imuneale SNC

Alte tipuri de celule gliale ependimale, radiale (Bergmann - cerebel, Mueller - retin), Schwann

(SNP), satelit (SNP)


9/56

Funciile celulelor gliale


10/56

O multitudine de tipuri de neuroni

Exist mai multe tipuri de neuroni, cu morfologie i rol fiziologic distinct


11/56

Tipurile principale de neuroni


12/56

Regiunile funcionale ale neuronului

1. Arborizaia dendritic culegerea de informaii

2. Soma, sau corpul neuronal procesarea informaiei

3. Conul axonal declanarea excitaiei

4. Axonul propagarea informaiei

5. Terminaiile neuronale transferul de informaiec tre alt celul


13/56

Propagarea intra-neuronal a informaiei poteniale de aciune (impulsuri nervoase)

Propagarea inter-neuronal transmiterea sinaptic (eliberare de neuromediatori)


14/56

O reea neuronal simpl reflexul rotulianLa reflexul rotulian particip 2 neuroni

a) Neuronul senzitiv un receptor alfusului muscular, detecteazalungirea muchiului n urma loviriitendonului terminaia senzitivgenereaz poteniale de aciune carese propag

de-a lungul axonului

periferici apoi a axonului motor pn n mduva spinrii

b) Neuronul motor localizat n cornulventral al mduvei n urma excitriisale de c tre neuronul senzitivgenereaz poteniale de aciune carese propag de-a lungul axonului pnla placa motorie dintre terminaiaaxonal i fibrele muchiuluiquadriceps


15/56

Tipuri de semnale electrice poteniale localei poteniale de aciune

Poteniale locale - poteniale de receptor - se propag cu decrement; sunt gradate- poteniale post-sinaptice

Poteniale de aciune transmiterea informaiei pe distane mari se propaga f rdecrement, respect legea totul sau nimic

Reflexul rotulian desf urat


16/56

Reelele neuronale sunt n general extrem de complicate grad uria de interconectare

RetinCortex

Desene de Santiago Ramon y Cajal ( 1900)


17/56

III. Sistemul nervos tehnici de investigare


18/56

Tehnici electrofiziologice

Tehnicile electrofiziologice realizeaz msurarea modificrilor de voltajextracelular sau intracelular la nivelul unui singur neuron, sau chiar msurareadirect a curentului ionic prin membrana neuronal


19/56

Tehnica de patch-clamp

Msurarea curenilor ionici prin membranele celulare

a) n configuraia whole-cell se msoar curentul macroscopic prin ntreagamembran

b) n configuraia excised-patch se msoar curentul microscopic printr-un numrredus de canale sau chiar printr-un singur canal


20/56

Imagistica de calciu

Imagistica de calciu (sau microfluorimetria de calciu) const n ncrcarea celulelor cu un indicatorfluorescent pentru calciu un compus care i modific spectrul de emisie fluorescent la cretereaconcentraiei intracelulare de ioni de calciu

Cu ajutorul acestei tehnici se masoar modific rile survenite n concentraia intracelular de calciu n

urma stimul rii neuronilor


21/56

Imagistica de rezonan magnetic(MRI magnetic resonance imaging)

RMN static

RMN funcionalTehnica de RMN funcional se folosete lapunerea n eviden a regiunilor din creiercare particip la un anumit proces (deexemplu privirea unor fotografii, sauperceperea unui stimul dureros, etc)


22/56

Tomografia de emisie pozitronic PET (positronic emission tomography)


23/56

Electroencefalografia (EEG)

Electroencefalografia pune n eviden activitatea electric a neuronilor corticali-undele de frecven mic i amplitudine mare (delta, theta) indic o activitatesincronizat a unui num r mare de neuroni apar n general n starea de somn- desincronizarea undelor (cre terea frecvenei i scderea amplitudinii) estecaracteristic strii de veghe activ


24/56

IV. Sistemul nervos patologie


25/56

Boli neurodegenerative - Maladia Parkinson

Tremor, rigiditate, bradikinezie, disfagie, defecte de vorbire, oboseal , etc


26/56

Maladia Parkinson

Maladia Parkinson degenerare a neuronilor dopaminergici dinsubstantia nigra (ganglionii bazali) reducere a stimul rii cortexului motor bradikineziei chiarakinezie


27/56

Boli neurodegenerative - Maladia Alzheimer

Maladia Alzheimer deteriorare progresiv a funciilor cognitive; atrofie a cortexului;moarte neuronal ; reducere masiv a num rului de sinapse


28/56

Maladia Alzheimer

Defect biochimic n plierea unor proteine formarea de plci amiloidice; destabilizareamicrotubulilor care formeaz neurofibrilele (parte a citoscheletului neuronal)


29/56

Scleroza lateral amiotrofic maladia Lou Gehrig

Degenerarea motoneuronilor din SNC neuronii rspunztori de generarea mi criivoluntare n lipsa semnalelor nervoase, muchii se atrofiaz

Boli neurodegenerative


30/56

Scleroza multipl (sau n plci) maladie demielinizant inflamatorie

Demielinizarea nervului optic pierderea acuit ii vizuale

Boli autoimune ale sistemului nervos

Scleroza multipl se datoreaz atac rii stratului de mielin al neuronilor de c tresistemul imun - declanarea procesului inflamator duce la distrugerea mielinei


31/56

Infecii virale ale sistemului nervos herpes simplex

Virusul herpex simplex 1 (HSV1) invadeazganglionii trigeminali. n urma reactiv rii,virusul atac ariile cutanate deservite de ace tineuroni senzitivi din ganglioni buzele, brbia,gtul


32/56

Neuropatii periferice diabet, HIV, herpes zoster

Neuropatia este asociat cu vasoconstricie periferic i ischemie - necroz


33/56

Durerea este o senzaie neplacut..

Insensibilitatea cronic la durere


34/56

dar esen ial pentrusupravie uire.

Pacient (12 ani) cu insensibilitate

complet

la stimuli durero i.Observa i degetele lips i r nilede la genunchi.

Insensibilitatea cronic pentru

durere se datoreaz

unui defectgenetic al receptorului trkApentru factorul de cre tereneuronal (NGF).

Insensibilitatea cronic la durere


35/56

V. Biofizica membranei neuronale


36/56

Structura membranei

Bistrat lipidic format n principal din fosfolipide (moleculeamfipatice) dar conine i colesterol, sfingolipide, etc.


37/56

Funciile proteinelor membranare

Membrana conine proteine transmembranarei proteinemembranare periferice. Proteinele pot avea funcii diferite:transportori, de ancorare, receptori, enzime, etc


38/56

Tipuri de transport membranar

Procesele de transport celular sunt realizate de anumite proteine membranare.Acestea sunt proteine implicate n deplasarea ionilor, moleculelor mici,macromoleculelor, etc. prin membran .

Tipuri de transport:

1. Transport pasiv:

Ex. difuzie, osmoz , difuzie facilitat2. Transport activ:

Ex. transportul macromoleculelor, pompa de sodiu/potasiu

Se realizeaza prin intermediul mai multor tipuri de proteine: canale ionice,molecule transportor (carriers)i pompe. 1/6 din genomul uman codificproteine de transport.


39/56

Pasiv: transportul prin canale ionice

canalele ionice au un por central deschis att extra- cti intra-celular;

transportul este relativ rapid;

transportul are loc n direcia gradientului electrochimic al ionilor respectivi;

Pasiv: transportul prin carriers (molecule


40/56

Pasiv: transportul prin carriers (moleculetransportor)

Moleculele transportor (carriers):

sunt proteine transmembranare deschise alternativ pe o parte sau alta amembranei;transportul este mai lent fa de cel mediat de canalele ionice;mediaz difuzia facilitata; Ex.: transportul glucozei;


41/56

Transportul activ primar

Decurge cu consum de energie obinut prin hidroliza ATP-lui;

Exist 3 tipuri de ATP-aze: F, V si P. Pompa de sodiu (ATP-aza de Na+-K+) este o ATP-az de tip P. Pebaza energiei furnizate de hidroliza unei molecule de ATP scoate 3ioni de Na+ din celul i introduce 2 ioni de K+;


42/56

Transportul activ secundar (cotransport)

Transportul cuplat care nu utilizeaz ATP = transport activsecundar

transportul unei substane n sensul gradientului de concentraie poate fi folosit pta transporta alt molecul sau ion mpotriva gradientului de concentraie sauelectrochimic;

cotransport (simport) = ambii solui sunt transportai n aceeai direcie; contra-transport = soluii transportai n direcii diferite;

ex. transportul Na+ este cuplat cu ali solui; cotransportul Na+ /H+, Na+ /Ca2+, etc


43/56

VI. Potenialul de repaus


44/56

Potentialul de repaus

Ionii sunt distribuii asimetric pe cele doua fee ale membranei plasmaticedeterminnd apariia de gradieni de concentraie dar i efecte electrice;Potenialul de membran reprezint potenialul electric intracelular msuratfa de potenialul electric extracelular;


45/56

Generarea potenialului de repaus

l b b l d (d


46/56

n cazul n care membrana este permeabil pentru un singur tip de ion (de ex.K+) potenialul de membran (Vm) va fi egal cu potenialul de echilibru pentruionul respectiv (EK) i poate fi calculat folosind ecuaia lui Nernst:

R = constanta universal a gazelorT = temperatura absolut n kelvini (273,15+ToC)Z = sarcina electric

a ionului

F= constanta lui Faraday (86.480 coulombi/mol)

Potenialul membranar de repaus, n celulele permeabile pentru mai muli ioni sepoate calcula cu ecuaia Goldman-Hodgkin-Katz:

P = permeabilitatea membranei pt.ionii respectivi

n condiii fiziologice potenialul membranar de repaus al unei celule este ntre -40 i -90 mV.


47/56

VII. Propriet ile electrice ale membranei

P i il l i i l b i


48/56

Propriet ile electrice pasive ale membranei

Sunt propriet i care determin rspunsul celulei n jurul potenialului derepaus;

Trei propriet i importante:

1. Rezistena membranar2. Capacitatea membranar3. Rezistena intern , axial , a proceselor celulare lungi (axoni,

dendrite)

1 R i b


49/56

1. Rezistena membranar

n termeni electrici, un canal ionic secomport ca un conductor sau caun rezistor (deoarece conductana= 1/rezisten);Fiecare canal poate fi modelat ca unrezistor sau ca un conductor cu oconductan (cnd canalul estedeschis);

n circuit, canalul se afl n serie cu obaterie EK, cu voltajul egal cupotenialul de echilibru al ionului,reprezentnd partea chimic agradientului de concentraie;Mai multe canale se pot reprezentaca i conductori dispui n paralel iarconductanele se nsumeaz .

Curentul prin canalul ionic se supunelegii lui Ohm:

V = I x R sau I = V/R = g x V;n cazul unui canal ionic (eg. de K+)ecuaia devine:IK = (Vm-EK);

2 C it t b


50/56

2. Capacitatea membranar

Bistratul lipidic se comport ca un izolator electric care permite acumularea isepararea sarcinilor electrice pe suprafeele sale, comportndu-se ca uncondensator cu o capacitate Cm;Sarcina separat de membran este direct proporional cu potenialul demembran :q = Cm x Vm; unitatea de msur pentru Cm este faradul

3 R i t i l l l l


51/56

3. Rezistena axial a proceselor celulare

Curentul injectat prin membran ducela variaia potenialului de membran

(legea lui Ohm);Variaiile mici ale potenialului demembran se deplaseaz de-a lungulmembranei cu scdere de amplitudine(pasiv);Deplasarea pasiv a semnalelor demic amplitudine (sub-prag) senumete conducie electrotonic ;

Daca se injecteaz curent negativ ntr-unaxon, membrana devine hiperpolarizat .Pe msura ce crete distana fa de loculinject rii curentului, scadei amplitudineasemnalului electric.

3 Rezistena axial a proceselor celulare


52/56

3. Rezistena axial a proceselor celulare

Circuitul echivalent al unui axon. Sgeile reprezint curentul prin axon ntimpul inject rii unui curent constant n punctul x0. Pe msur ce curentulaplicat se deplaseaz de-a lungul axonului (ri), o parte din curent se scurgeprin rm. Procesul se repet , astfel nct pe masur ce distana cretecurentul scade. r0 = rezistena fluidului extracelular, ri = rezistena

axoplasmei, rm = rezistena membranei, cm = capacitatea membranei.

Potenialele locale se propag cu decrement


53/56

Potenialele locale se propag cu decrement

Potentialele de aciune se propag f r decrement


54/56

Potentialele de aciune se propag f r decrement

Poteniale localei poteniale de aciune


55/56

Potenial de receptor

Potenial post-sinaptic

Potenial de aciune

Generarea potenialului de aciune


56/56

Generarea potenialului de aciune

neurofiziologie_curs1

Documents