| CATEGORII DOCUMENTE |
| Alimentatie nutritie | Asistenta sociala | Cosmetica frumusete | Logopedie | Retete culinare | Sport |
Pana nu de mult se considera ca sistemul nervos este o structura tridimensionala formata din elemente neuronale interconectate intr-o retea masiva de circuite. Sistemul nervos nu este o retea de elemente interconectate specializate si imuabile. Sistemul nervos este un organ plastic, viu, care creste, se dezvolta si se modifica in continuu pe baza programelor genetice si sub influenta mediului. Aceste probleme de neuroplasticitate sunt cercetari moderne actuale care-si pun din ce inca mai mult amprenta pe vechile concepte privind sistemul nervos. La baza organizarii sistemului nervos sta unitatea elementara, neuronul, elementul celular al sistemului nervos. Neuronul este unitatea embriologica, anatomica, functionala, trofica si metabolica a sistemului nervos.
Unitatea embriologica este asigurata de originea ectodermica a sistemului nervos. Sistemul nervos la om se dezvolta intr-o perioada foarte timpurie a embriogenezei.
Fecundatia, care initiaza intregul proces de dezvoltare a individului, are loc in trompa uterina in treimea externa a acesteia. Celula ou sau zigotul care ia nastere din contopirea spermatozoidului cu ovulul, parcurge drumul de la locul fecundatiei pana in cavitatea uterina in aproximativ 7 zile. Deplasarea zigotului se realizeaza prin miscarile contractile ale musculaturii trompei si a uterului.
Odata cu deplasarea spre uter incepe dezvoltarea propriu zisa a zigotului. Din ziua a 15-a pana in cea de a 19-a de la fecundatie ia nastere acest disc embrionar, numit placa cordo-mezodermica. Incepand cu ziua a 18-a de la fecundatie, tesutul destinat sa se dezvolte in sistemul nervos formeaza placa neurala formata dintr-un mic strat de tesut ectodermic situat pe suprafata dorsala a embrionului. Se formeaza intr-o prima etapa santul sau jghiabul neural. Cele doua creste laterale ale santului se vor uni intre ziua a 25-a si a 31-a dupa fecundatie in sens cranio-caudal fiind invelite in final de ectoderm la suprafata si dand nastere tubului neural. In acest fel tubul neural de origine ectodermica va pierde legatura cu ectodermul si ramane in interiorul unui canal, limitat la exterior de mezoderm. Interiorul acestui tub va da nastere, in final, canalului ependinar de la nivelul maduvei si ventriculilor cerebrali de la nivelul creierului. La sfarsitul celei de a 4-a saptamani de la fecundatie, devine vizibila o umflatura la capatul cronial al tubului, umflatura care este primordiul viitorului creier. In timpul transformarii placii neurale in tub neural, celulele destinate sa devina viitorul sistem nervos, ramane relativ constant ca numar, in jur de 125.000 de celule. Dupa ce tubul neural s-a format, celulele sufera un proces de proliferare rapida. Dupa ce neuronii cranian si caudal ai tubului neural se inchid,celulele tubului neural din zona dorsala, provenite din crestele neurale, migreaza prin miscari ameboidale in sens lateral, fragmentandu-se in grupe care se succed segmental si vor formamai tarziu ganglioni spinali. Dupa 40 de zile de la momentul fecundatiei umflatura craniana se divide initial in trei vezicule din care se va dezvolta encefalul.
Din mezodermul care limiteaza tubul neural la exterior va proveni scheletul osos care protejeaza maduva spinarii si creierul.
Inaintea dezvoltarii placii neurale celulele ectodermului dorsal sunt tutipotente, adica ele au capacitatea de a dezvolta ori ce tip de celula a corpului. Dar odata cu dezvoltarea placii neurale celulele ectodemice isi pierd tutipotentialitatea.
Odata ce marginile adanciturii placii neurale se unesc pentru a creia tubul neural, celulele tubului incep sa creasca rapid in numar. Cea mai intensa diviziune celulara din tubul neural o are zona ventriculara situata deasupra cavitatii ventriculare, centrul fiind umplut cu lichid. In zona ventriculara este locul in care ADN-ul celular se dubleaza ca etapa premergatoare procesului de diviziune. Dupa diviziune cele doua celule fiice se divid din nou sau migreaza in alta zona a tubului neural. Aceste celule primordiale ale neuronilor din tubul neural se mai numesc neuroblaste.
In cursul perioadei de migrare apare o retea de celule gliale denumite celule gliale radiale. Neuronii migratori se misca de-a lungul acestor celule gliale radiale pana ajung la destinatie. In timp ce celulele tubului neural incep sa prolifereze, multe din ele vor ramane pe loc formand un strat celular ce se ingroasa progresiv numit zona intermediara. Dupa ce aceasta zona este bine stabilizata, unele dintre celulele produse in zona ventriculara se multiplica formand un strat intre zona ventriculara si cea intermediara. Aceste celule care alcatuiesc zona subventriculara vor forma neuronii si celulele gliale, intermediare. Celulele nou formate din zona creierului anterior migreaza formand un strat de celule numit placa corticala care va da nastere straturilor neuronale ale cortexului cerebral. Stratul celular mai profund a neuronilor corticali ajung primii la destinatie, neuronii celorlalte straturi mai superficiale ale scoartei trebuiesc sa migreze printre ele. Cand migrarea celulelor din zona ventriculara este terminata, celulele ramase in aceea zona se transforma in celulele epiteliale epidimare, captusind suprafetele interne ale ventriculilor cerebrali si a canalului epidimar medular.
Pe partea dorsala, de o parte si de alta a santului neural, se gasesc crestele neurale, care sunt formate din celule desprinse din tubul neural. De mare interes il reprezinta migrarea celulelor crestelor neurale, deoarece ele se transforma in celule gliale si in neuroni ai sistemului nervos periferic care trebuiesc sa migreze la cele mai mari distante. Mediul extracelular este acela care le ghideaza in directia destinatiei lor finale.
Odata dezvoltati neuronii isi croiesc drumul spre zona in care vor functiona in sistemul nervos al adultului. Ei trebuie sa stabileasca relatii precise cu celelalte celule care si ele au migrat in aceea zona. Acest proces se numeste agregare. Agregarea este mediata de substante chimice denumite molecule ale adeziunii celulelor neuronale, localizate pe suprafata neuronilor si care au rolul de a recunoaste ceilalti neuroni de acelasi tip si adera la ei printr-o orientare specifica.
Odata cu neuronii au migrat si au ajuns in zona potrivita incep sa creasca axionii si dendritele, intinzandu-se spre celelalte celule. Suntem tentati sa consideram ca aceste proiectii se realizeaza de o maniera foarte precisa, pentruca este foarte greu de imaginat cum ar putea functiona sistemul nervos fara o buna armonizare, dupa un plan bine stabilit. Au putut fi puse in evidenta modele clare si stereotipice ale cresterii axonilor la o serie de specii animale.
Pentru fiecare axon sau dendrita se poate evidentia in aceasta faza o structura asemanatoare pseudopodelor amobelor denumite conuri de crestere. Aceste structuri isi extind si isi retrag ritmic extensiile sale citoplasmatice. Acest proces a fost denumit filopodie.
Dezvoltarea neuronala pare sa functioneze dupa principiul supravietuirii celui care este mai potrivit. Se produc in general mai multi neuroni si sinapse decat este necesar. Neuronii vor concura pentru resurse limitate si numai cei mai potriviti vor supravietui. Este un proces cunoscut in biologie sub numele de apoptoza, adica procesul de moarte celulara programata. Mai multe experiente sugereaza ca neuronii mor datorita esecurilor in competitia pentru unii factori de supravietuire primiti la tintele lor. Unul din acesti factori ar putea fi si factorul de crestere al nervilor.
In timpul perioadei mortii neuronale planificate multe conexiuni sinapice dispar, dar in acelasi timp altele noi se vor forma. Astfel, in timpul acestei perioade se petrece o rearanjare a contactelor sinaptice, mai degraba decat o simpla reducere a numarului lor.
Din punct de vedere structural neuronul prezinta o structura perfect adaptata functiei sale. Neuronii sunt celule prevazute cu prelungiri abundente, de lungimi variabile, uneori extrem de mari. Neuronii sunt celule specializate in transmiterea rapida a informatiei, prin conducerea impulsurilor electrice si eliberarea de neurotransmitatori. Impulsurile electrice se propaga de-a lungul fibrei nervoase spre zona lor terminala, unde initiaza o serie de evenimente care declanseaza eliberarea mediatorilor chimici. Eliberarea acestora are loc la nivelul unor structuri speciale, la nivelul sinapselor, zona de contact dintre doua celule neuronale sau dintre celula neuronala si organul efector.
Propagarea potentialului de actiune, eliberarea mediatorilor chimici si activarea receptorilor membranei neuronale cu care vine in contact, constituie mecanisme, prin care neuronii comunica intre ei, transmit unul altuia informatii, dar comunica si cu organele efectoare (muschi, glande) sau cu organele receptoare.
Neuronul are o structura inalt specializata pentru receptionarea si transmiterea informatiei. Din punct de vedere structural neuronul prezinta un corp celular (soma sau pericarionul) si numeroase prelungiri unele scurte si ramificate, numite dendrite, si o prelungire mica, de obicei mai lunga, ramificata in zona terminala, denumita axon. Anatomo-functional neuronul poate fi impartit in trei zone principale:
Regiunea receptoare, specializata pentru receptionarea si procesarea informatiei. Este reprezentata de ramificatiile dendritice si de corpul celular. In aceasta zona neuronul realizeaza contactul cu alt neuron prin sinapse. Deci aceasta zona a neuronului este dotata cu receptori specifici pentru neurotransmitatori. Pragul sau de depolarizare este mare si de obicei la nivelul acestei zone nu se formeaza potentiale de actiune.
Excitarea zonei, genereaza doar potentiale locale sub forma potentialelor postsinaptice, care codifica informatia in amplitudine, direct proportionat cu intensitatea stimulului.
Regiunea conducatoare face legatura dintre regiunea receptoare si cea efectoare a neuronului. Este reprezentata de prelungirea axonica, de la locul in care aceasta iese din corpul celular, zona denumita conul axonic sau hilul axonilor si se intide pana la arborizatia terminala a axonului. Membrana acestei zone este bogata in canale ionice activate electric denumite voltaj-dependente. Aici ia nastere potentialul de actiune prin sumarea potentialelor locale generate in zona recepoare. Potentialul de actiune se propaga apoi pana la capatul distal al axonului supunandu-se legii "tot sau nimic".
Dintre toate regiunile functionale ale axonului, conul axonic are cel mai mic prag de depolarizare. Incepand de la conul axonic informatia este codificata in frecventa. Potentialele de actiune au aceeasi amplitudine dar frecventa lor este proportionala cu intensitatea stimulului.
Regiunea efectoare este reprezentata dupa butonii terminali ai axonului. Informatia propagata de-a lungul regiunii conducatoare, sub forma de potential de actiune ajunge in regiunea efectoare unde este recodificata in semnal chimic si apoi transmisa regiunii receptoare a neuronului urmator.
Cele trei regiuni functionale ale neuronului au particularitati structurale, perfect adaptate functiei lor.
Corpul celular si dendritele sunt acoperite de o membrana plasmatica denumita neurilema, iar axonul este invelit in axolema. Membrana joaca un rol esential in functia de excitatie si conducere a neuronului. Organizarea sa moleculara este sub forma unui mozaic lichidian (Singer si Nicolson). Este o membrana permeabila selectiv pentru ioni si din acest motiv incarcata electric. In aceasta zona a neuronului, canalele ionice joaca rol pentru difuziunea ionilor dinspre citoplasma in exterior sau invers. Aceste canale sunt activate electric deci voltaj-dependente. In plus, se intalnesc si canalele ligand-dependente, care sunt legate de proteine cu rol de receptor pentru mediatorii chimici, avand in vedere ca membrana de la nivelul acestei zone joaca rolul de membrana postsinaptica. Neuronii prezinta de obicei un singur nucleu central, foarte mare. Acesta vine intr-o oarecare discordanta cu faptul ca pana nu de mult neuronul se considera ca nu se divide. Cercetarile moderne au adus argumente in favoarea ideii dupa care neuronii sunt celule care au capacitatea de a se divide chiar si in perioada adulta. In cursul neurogenezei din perioada adultului, neuronii nou formati iau nastere din celule precursoare. Nucleul neuronal este implicat in sinteze proteice intense la nivelul corpului celular. La nivelul nucleului neuronal se produce mai mult ARN-m decat in orice alt tip de celula a corpului uman. Din acest motiv cromatina nucleara este dispersata. Sintezele de proteine se realizeaza in structurile citoplasmatice neuronale si anume la nivelul ribozomilor endoplasmic rugos care la nivelul neuronilor se organizeaza sub forma corpusculilor Nissl sau corpi tigroizi. Aceste organite celulare sunt specifice structurii corpului celular neuronal. Axonul nu contine corpusculi Nissl si de aceea nici nu sintetizeaza proteine.
Reticulul endoplasmic neted este implicat in depozitarea Ca++ intracelular si mentinerea lui la o concentratie constanta in citoplasma la 10-7 moli. Daca Ca++ intracitoplasmatic creste peste aceasta valoare duce la degradarea si moartea neuronului.
In corpul celulelor intalnim de asemenea aparatul Golgi. El este mai dezvoltat in neuronii cu proprietati secretoare de hormoni cum sunt mai ales neuronii hipotalamici. Dar toti neuronii au proprietati neurosecretorii.
Citoscheletul neuronilor este format din microfilamente, neurofilamente si microtubuli. Microfilamentele se gasesc mai ales in dendrite si sunt formate din actina. Neurofilamentele se gasesc atat in dendrite cat si in axoni. Ele confera rigiditatea si mentinerea formei neuronale. Ei nu apar in portiunile cele mai dinamice ale neuronilor: cum ar fi conurile de crestere si in capetele dendritelor.
Microtubulii sunt responsabili de transportul rapid al substantei prin dendrita, dar mai ales prin axon. Ei sunt formati din proteine numite proteine asociate microtubulilor. Dendritele au proteine asociate microtubulilor cu greutate moleculara mare iar axonii proteine cu greutate mica. Aceste proteine asociate microtubulilor sunt responsabile de distributia materialului in dendrite si axoni.Proteinele neurofilamentelor au proprietatea de a pune in miscare sistemul de microtubuli. Cele doua structuri, microtubilii si neurofilamentele, formeaza un tot unitar denumit neurofibrile, cel de al doilea organit specific al neuronului dupa corpusculii Nissl. Aceste organite pe langa rolul lor structural indeplinesc un rol de transport al proteinelor, veziculelor cu mediator chimic si al materialelor necesare pentru mentinerea integritatii structurale si functionale a neuronului.
In corpul celular al neuronului se intalnesc numeroase mitocondrii ce furnizeaza ATP-ul ca substrat energetic sintezei de proteine si mediatorilor chimici. Dar cea mai mare densitate de mitocondrii se afla in regiunea terminala a axonului, in butonii terminali, unde ele furnizeaza pe de o parte energia necesara transmiterii sinaptice si pe de alta parte furnizeaza substrate pentru sinteza unor substante cu rol de neurotransmitatori. Pe de alta parte,unele mitocondrii de la acest nivel joaca rol in degradarea moleculelor de mediatori chimici, fiind echipate cu enzime specifice.
Axonul, prelungirea unica, lunga, denumit si fibra nervoasa conduce centrifug potentialul de actiune, influxul nervos, generat in conul axonic prin sumarea potentialelor locale, care au luat nastere in portiunea receptoare a neuronului. Axonii neuronilor sunt organizati in caile de conducere ascendente si descendente din sistemul nervos central si in nervii periferici. Spre deosebire de dendrite, axonii sunt ramificati numai la capatul periferic unde se intalnesc arborizatiile terminale care au butoni terminali la capete. Aceste formatiuni ale axonului sunt implicate in transmiterea sinaptica pe cale chimica. Aceasta parte alcatuieste portiunea efectoare a neuronului. Ele prezinta membrana presinaptica care vine in contact fie cu zona receptoare a altui neuron fie cu organele efecteoare (glande sau muschi).
Axoplasma este strabatuta de neurofibrile care penetreaza pana in regiunea butonului terminal. Axonul este invelit de axolema care la randul sau este invelita la unii neuroni de trei teci: teaca de mielina, teaca celulelor Schwann si teaca lui Henle. Teaca Henle se afla la exterior si este de natura conjunctiva. Ea asigura nutritia, protectia si legatura dintre fibrele neuronale. Sub ea se afla teaca lui Schwann formata din celule gliale numite celule Schwann, care adera de axolema si se rasuceste in jurul axonului secretand mielina.
Teaca de mielina este un invelis de natura lipoproteica, fiind cosiderata ca unul din cei mai perfecti izolatori electrici cunoscuti. Teaca de mielina este intrerupta din loc in loc la nivelul strangulatiilor sau nodulilor Ranvier. La acest nivel pot iesi axonii colaterali, ramificatii colaterale ale axonilor. Spatiul dintre doua noduri Ranvier numit spatiu internodal este de dimensiune constanta pentru aceeasi fibra. Teaca de mielina se formeaza datorita rularii in spirala a celulelor Schwann din care dispare citoplasma si raman membranele celulare si mielina. Nodulul este zona de contiguitate intre doua celule Schwann invecinate. La acest nivel axolema este denudata venind in raport cu mediul extracelular.
La mamifere, caile motorii se mielinizeaza mult mai tarziu, in uter miscarile fatului sunt relativ reduse. La om, fibrele motorii incep sa-si secrete teaca de mielina in a doua luna de viata extrauterina. Mai intai incepe mielinizarea cailor extrapiramidale, apoi a celor piramidale. Procesul de mielinizare se incheie in jurul varstei de 2 ani, cand copilul are deja un mers sigur.
Fibrele nervoase amielinice numite fibrele Remach sunt lipsite de mielina sau un strat foarte subtire de mielina. Ele au un diametru in general redus si sunt acoperite de celulele Schwann care frecvent sunt comune pentru mai multi axoni invecinati, pentru 10-15 axoni Remach.
Integritatea anatomica a prelungirilor unui neuron depinde de pericarion. Axonii sunt lipsiti de ribozomi care sa le permita sinteza de proteine, de aceea proteinele axonale provin din pericarion si migreaza de aici in prelungiri, fenomen numit transport sau flux axoplasmatic. Transportul axoplasmatic poate fi studiat prin ligatura fibrelor nervoase si analiza substantelor acumulate deasupra ligaturii. Se distinge un transport anterograd, de la soma spre periferie si un transport retrograd in directia corpului celular. Se distinge apoi un transport rapid, cu o viteza de 410 mm/zi, si un transport lent cu o viteza intre 0,5 si 10 mm /zi. Kinezina este o proteina asociata microtubulilor, implicata in medierea transportului anterograd.
S-a evidentiat recent ca sursa energetica locala legata de transportul rapid prin axon ar fi strans corelata cu metabolismul oxidativ al nervului, deoarece in nervul asfixiat cu cianura, transportul rapid este blocat in cca 15 minute de la inceputul asfixiei. Viteza de transport nu depinde de structura anatomica a neuronului. Microtubulii cu diametru de 25 nm sunt implicati in mecanismul transportului anterograd rapid. Tubulina, o proteina din structura microtubulilor, are actiune ATP-azica, fiind o enzima care scindeaza ATP-ul eliberand astfel energia necesara transportului.
Pe suprafata microtubulilor se observa numeroase proeminente, asezate la intervale regulate. Daca se administreaza colhicina (o substanta citostatica extrasa din bulbul de brandusa - colhicis autumnalis) este dezorganizat sistemul microtubular. In aceste conditii este blocat transportul rapid, nu insa si cel lent. Aceste observatii duc la concluzia ca transportul rapid ar avea loc de-a lungul microtubulilor, pe cand cel lent de-a lungul microfilamentelor. Fluxul axonal rapid serveste mai ales la vehicularea mediatorilor chimici, fiind utilizat pentru transportul organitelor, veziculelor si membranelor glicoproteice necesar bunei functionari a butonilor sinaptici. Acest transport necesita ca substrat energetic ATP-ul si se desfasoara independent de transmiterea potentialului de actiune. Transportul lent este folosit pentru transportul Ca++, gucozei si ATP-ului.
In dendrite tranportul anterograd are o viteza de 0,4 mm/zi si solicita de asemea ATP-ul. transportul dendritic se realizeaza pentru ribozomi si ARN, sugerand ca sintezele proteice sunt corelate cu functia dendritelor.
S-a descris si un transport retrograd datorita caruia unele substante se indreapta de la periferie spre corpul celular, cu o viteza de cca 220 mm/zi. Transportul retrograd este mediat de catre dineina, o alta proteina asociata microtubulilor. Acest transport se pare ca joaa un rol important in reglarea sintezei de proteine din corpul celular. De acest lucru ne dam seama dupa ce se sectionaza axonul. La cateva zile dupa sectionarea unui axon apare in pericarion procesul de distrugere a corpusculilor Nissl numit cromatoliza sau tigroliza, ca o expresie a tulburarii sintezei de proteine. Prin transport retrograd se propaga virusurile neutrotrope (de ex. virusul poliomielitei, herpetic, rabic etc.) care ajung de la periferia organismului la nivelul corpilor celulari din sistemul nervos central pe care ii distrug. Polinevritele (cum ar fi cele alcoolice sau avitaminotice B1 din boala Beri Beri) se explica prin tulburari metabolice le nivelul axonului care impiedica procesele de transport axonal.
Clasificarea neuronilor se poate face dupa prelungiri, dupa lungime, fupa functii, dupa mediatorii chimici pe care ii sintetizeaza etc.
Dupa numarul prelungirilor se deosebesc urmatoarele tipuri de neuroni:
- neuronii multipolari reprezinta majoritatea celulelor nervoase. Au o forma stelata, cu numeroase prelungiri si cu nucleu mare, sferic, situat central. Ei pot fi motori sau senzitivi, situati in interiorul sau in afara sistemului nervos central.
- neuronii bipolari, de forma ovalara sau fusiforma, se caracterizeaza printr-o prelungire la nivelul fiecarei extremitati. Nucleul lor este ovalar si adesea situat excentric. Neuronii acestia ii intalnim in retina, in ganglionii Scarpa si in cel a lui Corti. Neuronii simpatici sunt adesea de tip bipolar.
- neuronii unipolari sunt rari, prezinta o unica prelungire axonala cum sunt celulele cu bastonas si con din retina.
- neuronii pseudounipolari caracterizeaza ganglionii rahidieni sau spinali. Sunt celule sferice cu nucleu mare, rotund, dispus central. Au o prelungire unica initial care se divide in doua ramuri: una periferica si cealalta centrala. Acesti neuroni sunt atipici prin faptul ca au o singura prelungire de obicei foarte lunga si mielinizata, considerata a fi un axon modificat. Ei sunt neuroni lipsiti de dendrite (neuronii senzitivi din ganglionii spinali sau cerebrali),
- neuroni lipsiti de axoni cum sunt celulele orizontale si amacrine din retina.
Din punct de vedere functional neuronii se impart in:
- neuroni motori sau eferenti, sunt de obicei celule mari, multipolare, cu axon lung. Din acest grup fac parte celulele piramidale ale scoartei si neuronii piramidali din cornul anterior al maduvei;
neuronii de asociatie sau interneuronii sunt mici, adesea multipolari si uneori bipolari:
- neuronii senzitivi aferenti sau receptori sunt de tip pseudounipolari fiind reprezentati de celulele din ganglionii spinali (ganglionii rahidieni) si in ganglionii nervilor cranieni.
Cercetarile recente au demonstrat marea complexitate si heterogenitate functionala a neuronilor. Astfel, neuronii motori pot fi de tip excitator sau inhibitor. Studiile histochimice au demonstrat existenta in sistemul nervos central a unor neuroni nonadrenergici, colinergici, dopaminergici, serotoninergici si altii dupa natura mediatorului chimic pe care-l sintetizeaza.
Neuronii au dimensiuni foarte variate. Unii au dimensiuni foarte mari, care variaza intre 100 si 200 μm asa cum sunt celulele piramidale din scoarta cerebrala, motoneuronii din coarnele ventrale ale maduvei spinarii, neuronii Purkinje din scoarta cerebeloasa. Alti neuroni au dimensiuni foarte reduse cum sunt de exemplu neuronii din stratul granular al scoartei cerebeloase, care ating dimensiuni de abea 4-8 μm
Neuronii nu sunt singurele celule care populeaza sistemul nervos central. In sistemul nervos central sunt de asemenea asa numitele celule gliale care alcatuiesc nevroglia. Ele alcatuiesc tesutul interstitial al sistemului nervos central si sunt mai numeroase decat neuronii de 10-50 de ori. Aceste celule nu poseda axoni si nu fac contacte sinaptice intre ele. Membrana a doua celule gliale adiacente fuzioneaza si formeaza asa numitele "gap junctions" adica jonctiunea de mare conductanta ionica. Celulele gliale poseda capacitatea de a se divide in decursul vietii. Considerati inainte vreme doar un simplu tesut de sustinere a neuronilor din SNC, celulele gliale par a detine un rol mult mai important in economia sistemului nervos. Studiile de microscopie electronica au aratat ca spatiul dintre neuroni, ramas in afara contactelor sinaptice, este ocupat de celulele gliale. Ramane doar un spatiu de 15-26 nm intre neuroni, care reprezinta doar 5% din volumul total al creierului si doar acest spatiu este de fapt adevaratul spatiu extracelular. Celulele gliale poseda organitele unor celule active metabolic: mitocondrii, reticul endoplasmic, ribozomi, ATP si incluziuni celulare de glicogen si lipide. De mentionat este faptul ca celulele gliale prolifereaza abundent in regiunile cerebvral unde neuronii sunt distrusi.
Au fost identificate trei tipuri de celule gliale:
Astrocitele constitue astroglia. Ele inconjoara vasele sanguine cerebrale. Capilarele cerebrale au o structura speciala la nivelul sistemului nervos central, jonctiunile dintre celulele endoteliale fiind foarte stranse. Din acest motiv sunt considerate capilarele cele mai restrictive din organism. Astrocitele formeaza cea mai mare clasa de celule neexcitabile din SNC. Se disting doua tipuri de astrocite: astrocitele protoplasmatice situate in substanta cenusie si astrocitele fibroase dispuse mai ales in substanta alba. Deoarece astrocitele se interpun intre capilarele cerebrale si neuronii cerebrali, li s-a atribuit o functie de transport speciala. Numerosi cercetatori sunt de parere ca astrocitele reprezinta bariera hematoencefalica reala. Bariera hematoencefalica reprezinta un mecanism homeostatic cerebral de mare importanta in functionarea sistemului nervos central. Dar la aceasta bariera mai joaca un rol, poate mai important, structura speciala a capilarelor cerebrale.
Astrocitele servesc drept canale de transport intre vasele sanguine si neuroni, avand deci rol simbiotic in metabolismul celular. Astrocitele joaca rol de asemenea in conducerea impulsului nervos si in transmiterea sinaptica. La nivelul sinapselor GABA-ergice si glutamat-ergice celulele gliale joaca rol in inactivarea acidului gamaaminobutilic si a glutamatului, prin captarea acestuia de la nivelul fisurii sinaptice. Dupa captare mediatorii sunt inactivati si convertiti in glutamina, care apoi sunt transportati in butonul presinaptic si utilizati in sinteza GABA si glutamatului care sunt incorporati in vezicule presinaptice si utilizati ca mediatori chimici ai acestor sinapse.
O subgrupa de astrocite, denumite astrocite radiare, actioneaza ca o retea, ca un esafodaj, care permite migrarea neuronilor in cursul neurogenezei, de la punctul lor de origine embrionara spre destinatiile lor finale.
Oligocitele formeaza oligorendroglia. Sunt celule formatoare de mielina la nivelul SNC, fiind echivalentul celulelor Schwann din fibrele nervoase periferice. Dar spre deosebire de celulele Schwann care mielinizeaza portiuni mici din axonii periferici, cuprins intre spatiul internodal, oligodendrocitele realizeaza acest proces pentru aproximativ 40 de neuroni centrali invecinati si de aici consecintele negative pe care le joaca in procesul de regenerare a neuronilor centrali, care nu regenereaza comparativ cu fibrele nervoase periferice care regenereaza foarte usor.
Microcitele formeaza microglia care facce parte din sistemul reticuloendotelial. Microcitele au origine din monocitele sanguine care parasesc vasul si se fixeaza in tesuturi. Ele detin rol fagocitar, avand rol in apararea imuna a SNC impotriva agentilor bacterieni, virali sau a celulelor proprii distruse sau moarte, curatind terenul in vederea cicatrizarii.
Metabolismul neuronal reprezinta unitatea trofica a sistemului nervos central. Glucoza pare a fi singurul material energetic utilizat de neuron "in vivo". De aceea coeficientul respirator al tesutului cerebral este egal cu unitatea. Coeficientul respirator este dat de raportul dintre oxigenul consumat si dioxidul de carbon eliminat. Cu cat substanta metabolizata are in compozitia sa chimica raportul intre hidrogen si oxigen de 2/1 acesta substanta se va degrada in totalitate in apa si dioxid de carbon. In compozitia glucazei avem acest raport deci coeficientul respirator al tesutului care o utilizeaza este unitar. Glucoza strabate usor bariera hematoencefalica, printr-un mecanism activ, iar utilizarea ei este asigurata de aceleasi enzime ca si celelalte celule ale corpului.
Lipidele neuronale prezinta cele mai importante caracteristici, neavand nimic comun cu cele din restul organismului. Astfel neuronii nu contin trigliceride, componentul lipidic cel mai important in restul celulelor. Neuronul are in schimb un continut foarte ridicat (50-54%) de lipide complexe: fosfolipide, sfingozine, proteolipide, colesterol neesterificat etc. Lipidele sunt sintetizate in intregime in neuron, deoarece nici un material "prefabricat" nu poate strabate bariera hematoencefalica. Spre deosebire de alte tesuturi, in neuroni catabolismul lipidic nu pare a fi utilizat pentru furnizarea de energie.
Aminoacizii, bogat reprezentati in neuron, in parte sintetizati local si in parte transportati prin bariera hematoencefalica, indeplinesc numeroase functii in sinteza de proteine neuronale, de acizi nucleici, amine biologic active sau mediatori chimici acizi aminati si polipeptidici. Sinteza proteica este foarte importanta in neuron, existand proteine de "structura" si proteinele "functionale" (reprezentate de enzime, polipeptidele sau unele cu functie hormonala.
Neuronii reprezinta unitatea functionala a sistemului nervos. Ei sunt celule specializate in receptionarea stimulilor din mediu, conducerea impulsurilor spre organele centrale precum si in transmiterea comenzilor spre organele efectoare. Neuronii reprezinta urmatoarele proprietati importante: excitabilitatea, conductibilitatea, degenerescenta, regenerarea si activitatea sinaptica.
Excitabilitatea este proprietatea neuronilor sau a oricarei celule vii de a intra in activitate sub influenta unui stimul. Excitabilitatea este datorata structurii membranei celulare. Prin stimul se intelege modificarea brusca a energiei din preajma membranei plasmatice, care mareste dintr-o data permeabilitatea membranei celulare pentru Na+. Stimulii pot fi electrici, mecanici, termici, chimici etc. Reactia de raspuns a tesuturilor la un stimul poarta numele de excitatie. Pentru ca stimulul sa determine excitatia, trebuie sa indeplineasca anumite conditii:
Excitatia apare numai sub actiunea unor stimuli ce depasesc o anumita intensitate. Intensitatea minima a curentului care provoaca excitatia, are valoare prag (valoare liminala). Stimulii cu intensitate sub valoarea prag sunt numiti subliminali. Cei care depasesc pragul, stimuli supraliminali.
Variatia de energie trebuie sa aiba o anumita bruschete. In cazul cresterii lente si progresive a intensitatii stimulului, tesutul nu mai raspunde, chiar daca se depaseste valoarea prag, intrucat are loc o acomodare a tesutului la stimuli. Acomodarea se explica ca si o crestere a pragului de excitabilitate a tesutului in timpul stimularii. Inlaturarea fenomenului de acomodare se obtine prin folosirea unor stimuli electrici a caror intensitate creste extrem de rapid.
Pentru a declansa excitatia stimulul trebuie sa realizeze o anumita densitate pe unitatea de suprafata. Aplicand pe un nerv doi electrozi, unul cu suprafata foarte mare, altul cu suprafata foarte mica, punctiforma si lasand sa treaca un curent electric de aceeasi intensitate vom observa ca excitatia nervului va porni intotdeauna de la electrodul cu suprafata mica, deoarece creeaza o densitate mai mare pe unitatea de suprafata.
Excitarea tesuturilor depinde si de durata stimularii. Chiar si stimulii supraliminali, a caror intensitate creste brusc, daca sunt aplicati o perioada prea scurta de timp, nu produce excitatia.
Intre stimulii mai sus amintiti, este utilizat in fiziologie si medicina de preferinta stimulul electric. Stimularea electrica la intensitati reduse nu provoaca leziuni neuronului sau determina modificari reversibile. Momentul aplicarii stimulului se marcheaza cu precizie, poate fi bine localizat iar durata stimularii poate fi modificata dupa dorinta.
Excitatia se traduce la periferie prin variatii ale potentialului electric al membranei neuronale.
Celula vie, in stare de repaus, este polarizata electric, avand sarcini pozitive la exterior si negative la interior. Utilizand microelectrozi intracelulari s-a aratat ca diferenta intre suprafata exterioara si interioara a membranei celulare masoara pentru muschii striati, in repaus, -90 mV pentru celulele musculare netede -30 mV, pentru nervii neexcitati -70 mV. Diferenta de potential al membranei celulare poarta numele de potential de repaus sau de membrana.
Microelectrozii sunt niste tuburi efilate din sticla neutra cu un diametru la varf de aproximativ 0,2 μm, umplute cu solutie de clorura de potasiu. In interiorul microelectrodului se introduce un fir de platina care reprezinta unul din polii circuitului. celalalt pol este plasat pe suprafata celulara. Variatiile de potential electric dintre cei doi poli sunt inregistrate cu ajutorul unui tub catodic. Microelectrodul pentru a fi introdus in celula este purtat de un micromanipulator. In momentul strapungerii membranei neuronale apare o diferenta de potential de -70 mV intre cei doi electrozi.
La producerea potentialului de repaus contribuie trei factori: transportul activ de Na+ si K+, difuziunea ionilor si echilibru Donnan la nivelul membranei neuronale.
Transportul activ de Na+ si K+ este datorat interventiei pompei ionice de Na+ si K+ prin care sunt expulzati din celula trei ioni de natriu (3Na+) si captati doi ioni de potasiu (2K+). Deoarece se elimina din celula mai multe sarcini pozitive decat patrund, interiorul celulei se negativeaza. Prin mecanismul de transport activ se explica prima aparitie a potentialului de membrana. Aceasta se realizeaza consecutiv instalarii unor gradiente de concentratie ionica de o parte si de alta a membranei. Pompa de Na+ si K+ este o pompa electrogena si este reprezentata de ATP-aza Na+ si K+ - dependenta fiind activata in urma descompunerii ATP in ADP si eliberarea energiei necesare transportului.
Difuziunea ionilor prin membrana celulara este inegala. Un prim factor il reprezinta inegalitatea distributiei ionilor de potasiu si sodiu de o parte si de alta a membranei celulare. Aceasta inegalitate a concentratiei ionilor reprezinta unul din factorii care initiaza difuziunea ionilor. Concentratia extracelulara a Na+ este de 143 mEq/l iar in celula de 14 mEq/l, in timp ce concentratia intracelulara a K+ este de 155mEq/l iar in lichidul extracelular deste de 5 mEq/l. Un al doilea factor il constituie permeabilitatea inegala a membranei pentru diferitii ioni. Permeabilitatea este de 50-100 mai mare pentru K+ decat pentru Na+. Din cauza concentratiei intracelulare mai mare de K+ in comparatie cu concentratia sa extracelulara, K+ difuzeaza spre exterior de-a lungul gradientului de concentratie. Iesirea K+ din celula confera sarcini pozitive la suprafata membranei si mareste negativitatea in interior. Cand interiorul celulei devine suficient de negativ pentru a impiedica difuziunea in continuare a K+, se ajunge la potentialul de echilibru pentru K+.
Potentialul de repaus se schimba in functie de concentratia K+ extracelular. Acumularea K+ intracelular nu poate fi explicata numai de actiunea directa a pompei de ioni care pompeaza in interior doi ioni de K+ pentru trei de Na+ iesiti din celula. Din cauza negativitatii create in interior de pompa electrogena cationii de K+ sunt atrasi de la exterior la interior.
Ionii ce Cl- nu sunt pompati de membrana neuronala in nici o directie. Negativitatea din interiorul celulei respinge ionii de Cl-, incat concentratia lor in celula masoara doar 4 mEq/l fata de 103 mEq/l la exterior. Valoarea potentialului de membrana depinde in orice moment de distributia ionilor de K+, Na+ si Cl- de o parte si de alta a membranei celulare si de permeabilitatea membranei pentru fiecare din ioni.
La repartitia inegala a ionilor de o parte si de alta a membranei mai participa si echilibrul de membrana a lui Donnan. El se produce din cauza ca proteinele incarcate negativ nu pot parasi celula si determina incarcarea electrica negativa interioara a membranei. In aceasta situatie ionii pozitivi, care strabat cu usurinta membrana, cum este ionul de K+ , se acumuleaza la suprafata membranei, conferindu-i sarcinile electrice la exterior.
Modificarea potentialului de repaus ce apare dupa stimularea supraliminala a celulei, poarta numele de potential de actiune. El consta in stergerea diferentei de potential dintre interiorul si exteriorul celulei si in incarcarea electrica inversa a membranei, pozitiva in interior si negativa la exterior (pana la aproximativ + 35 mV). Valoarea potentialului ce depaseste valoarea zero se numeste overshoot. Aceste valori sunt urmate de revenirea potentialului spre valoarea de repaus.
Cresterea si scaderea rapida a potentialului se cunoaste sub denumirea de potential de varf sau spike potential si dureaza in fibra nervoasa 0,5-1 ms. Revenirea potentialului are loc brusc pana ce repolarizarea se face in proportie de cca 70%, dupa care viteza de repolarizare incetineste. O perioada de cca 4 ms potentialul ramane deasupra nivelului de repaus, constituind postdepolarizarea sau postpotential negativ.
Dupa ce potentialul a atins valoarea de repaus, se constata ca el se subdeniveleaza (cu 1-2 mV) un interval de 40-50 ms sau chiar mai mult, ceea ce reprezinta posthiperpolarizarea sau postpotentialul pozitiv.
Denumirile de postpotential negativ sau pozitiv s-au facut pornind de la schimbarile electrice survenite in timpul excitatiei la suprafata externa a membranei neuronale.
Aparitia potentialului de actiune este determinata de cresterea brusca a permeabilitatii membranei celulare pentru Na+. Cresterea este de cca 5.000 ori. Modificarea permeabilitatii membranei celulare pentru Na+ si K+ a fost apreciata prin masurarea conductantei pentru Na+ si K+. Conductanta reprezinta valoarea inversa a rezistentei electrice a membranei si se noteaza cu g. In faza de depolarizare creste foarte mult conductanta pentru Na+ (gNa+) iar in cea de repolarizare conductanta pentru K+ (gK+). In structura membranei celulare exista canale de Na+si K+ voltaj-dependente si canale ligand-dependente.
Factorul principal in producerea depolarizarii membranei neuronale il constituie deschiderea si inchiderea succesiva a canalelor de Na+ si K+. Ele se caracterizeaza prin permeabilitatea selectiva si prin prezenta unor bariere sau porti care pot inchide sau deschide canalele. Barierele sunt niste expansiuni ale moleculelor din structura proteica a canalului care prin schimbari conformationale permeabilizeaza ori blocheaza canalul. Dupa modul cum pot fi actionate barierele canalelor de Na+ si K+ ele pot fi: canale voltaj-dependente cand variatiile de potential ale membranei induc modificari ale barierei si determina fie deschiderea fie inchiderea ei; sau canale ligand dependente cand modificarile conformationale ale proteinelor survin dupa cuplarea lor cu anumite substante. Substanta care se fixeaza pe receptorii canalului ionic se numeste ligand. Din categoria liganzilor se incadreaza mediatorii chimici sau hormonii.
Canalul de Na+ are suprafata interna puternic incarcata negativ care atrage Na+ in interiorul canalului intr-o masura mai mare decat alti ioni. Spre partea extracelulara a canalului se afla o bariera de activare, iar pe partea intracelulara o bariera de inactivare. La potentialul de repaus de -70 mV bariera de activare se afla inchisa iar cea de inactivare deschisa. Odata ce depolarizarea celulei ajunge de la -70 mV la -55 mV se produce schimbarea brusca a conformatiei proteice a barierea de activare si se deschide canalul de sodiu. In consecinta, ionii de sodiu navalesc in celula conform gradientului de concentratie. In momentul potentialului de varf numarul canalelor de sodiu deschise depaseste de 10 ori pe cel al canalelor de K+. De aceea permeabilitatea membranei pentru Na+ creste in timpul depolarizarii de 5000 de ori. In faza de repolarizare, revenirea potentialului de varf la valoarea de repaus, produce inchiderea barierei de inactivare. Modificarile conformationale care inchid bariera de inactivare se desfasoara mult mai lent decat cele care deschid bariera de activare. Odata cu inchiderea barierei de inactivare Na+ nu mai poate patrunde in celula si potentialul de membrana incepe sa revina spre valoarea de repaus. Redeschiderea barierei interne de inactivare are loc numai in momentul in care potentialul de membrana atinge valoarea de repaus.
Canalele de K+ nu prezinta incarcatura electrica negativa. In absenta sarcinilor negative lipseste forta electrostatica care atrage ionii pozitivi in canal. Forma hidratata a K+ are dimensiuni mult mai mici decat forma hidratata a Na+, de aceea ionii hidratati de K+ pot trece cu usurinta prin canal pe cand cei de Na+ sunt respinsi.
Pe partea intracelulara a canalului de K exista o singura bariera, inchisa in perioada potentialului de repaus. Membrana celulara, contine insa in repaus un numar de aproximativ 9 ori mai multe canale pentru K+deschise fata de cele pentru Na+, ceea ce inseamna o conductanta de 9 ori mai mare pentru K+ in comparatie cu Na+. Depolarizarea celulei determina o modificare conformationala lenta a barierei, cu deschiderea ei si difuzarea K+ spre exterior. Din cauza incetinelii cu care se deschide canalul de K+ deblocarea lui are loc in acelasi timp cu inactivarea canalelor de Na+, ceea ce accelereaza procesul de repolarizare.
La sfarsitul perioadei de repolarizare numarul canalelor de K+ deschise este de 15 ori mai mare decat a canalelor de Na+ deschise.
Prin urmare, in cinetica fluxurilor ionice prin canalele membranale trebuie sa se tina cont de faptul ca fiecare canal odata activat ramane deschis un anumit interval de timp dupa care se inchide automat. Aceasta constanta de inactivare este caracteristica fiecarui tip de canal.
Ionii de Ca++ participa la mecanismul de activare a canalelor de Na+ voltaj-dependente. Reducerea concentratiei Ca++ in mediul extracelular scade pragul de declansare al activarii canalului, in timp ce crestere concentratiei Ca++ tinde sa stabilizeze canalul. Absenta Ca++ duce la o crestere semnificativa a conductantei Na+, deci la o crestere a excitabilitatii celulei.
Marirea permeabilitatii pentru Na+ se produce numai la acei stimuli care diminua negativitatea potentialului de repaus cu 15 mV, de la -70 la -55 mV. Stimulii subliminali determina deschiderea unui numar restrans de bariere de activare a canalelor de Na+ si membrana incepe sa se depolarizeze. In aceasta situatie membrana neuronala este facilitata, adica sensibilizata la actiunea unui alt stimul subliminal.
Stimularea subliminala care nu e in masura sa provoace un flux important de Na+ duce la modificari de potential cu caracter local. In timpul raspunsului local permeabilitatea pentru Na+ creste usor, insa efluxul de K+ poate restabili potentialul la valoarea sa de repaus.
Raspunsul local nu este maximal, ci creste in amplitudine proportional cu intensitatea stimulului pana la valoarea prag a stimulului, cand apare potentialul de varf. Acest potential are valoarea intre 15-35 mV. Actiunea mai multor stimuli subliminali succesivi fie temporari, fie spatiali se pot suma si sa dea nastere la potentialul de varf. Aceste potentiale locale au darul sa faciliteze membrana neuronului. Potentialul de receptor si potentialele postsinaptice fac parte din aceasta categorie de potentiale.
Trecerea Na+ prin membrana celulara in timpul potentialului de varf se face pasiv, fiind dependenta exclusiv de gradientul de concentratie. De aceea geneza impulsurilor nervosase nu este subordonata proceselor metabolice si nu este consumatoare de energie.
Restabilirea potentialului de repaus are loc prin limitarea influxului de Na+ si cresterea permeabilitatii pentru K+.
Ionul de potasiu abandonand lichidul intracelular restabileste echilibrul electric. Iesirea K+ nu reuseste sa readuca imediat potentialul la valoarea de repaus. Ca urmare, dupa potentialul de varf urmeaza faza de postpolarizare sau postpotential negativ. In perioada potentialului de varf, depolarizarea se produce total, pe cand la postpotentialul negativ, repolarizarea celulei nu se face deplin.
Posthiperpolarizarea sau postpotentialul pozitiv se caracterizeaza prin acumularea de Na+ si K+ la exterior si cresterea numarului de sarcini negative in interior. Faza de posthiperpolarizare se explica prin interventia activa a pompelor de Na+ si K+. Prin impiedicarea transportului activ de ioni, are loc o disparitie a posthiperpolarizarii, desi potentialul si postdepolarizarea continua sa apara inca o perioada de timp.
Potentialul de actiune se supune legii "tot sau nimic", adica un stimul supraliminal indiferent de intensitate, nu poate depasi depolarizarea de 115 mV ( de la -70 mV la + 45 mV.
Aplicarea pe un nerv a unui stimul a carui intensitate creste progresiv si foarte lent, induce fenomenul de acomodare, descris anterior.
Excitabilitatea se modifica paralel cu potentialul de actiune. In perioada potentialului de varf, membrana neuronului devine inexcitabila, deoarece membrana celulei este depolarizata. Timpul in care celula nervoasa ramane inexcitabila reprezinta perioada refractara absoluta. Urmeaza o mica perioada refractara relativa, in care din cauza cresterii pragului de excitabilitate, numai stimuli destul de puternici reusesc sa declanseze excitatia, daca potentiale de actiune se produc acestea au amplitudine mai mica. Sfarsitul perioadei refractare relative corespunde cu restabilirea amplitudinii normale a potentialului de actiune. Frecventa potentialelor de actiune generate de un tesut depinde de durata perioadelor refractare absolute. Perioada refractara absoluta dureaza 2 ms de la declansarea potentialului de actiune, ceea ce inseamna ca celula poate fi excitata cu maximum 500 stimuli / secunda. O reducere a excitabilitatii apare in faza posthiperpolarizarii sau postpotentialului pozitiv.
In cursul stimularii nervului cu un curent electric continuu la stabilirea circuitului, excitatia porneste de la catod, care aduce sarcini negative in plus si favorizeaza depolarizarea membranei. La intreruperea circuitului, excitatia porneste de la anod unde se creaza un dezechilibru electric mai puternic, care influenteaza tesutul. Trecerea neintrerupta a curentului continuu cu valoare pana la 7 mV printr-un nerv modifica excitabilitatea in apropierea polului pozitiv si negativ, fenomen numit electrotonus. Sub actiunea curentului electric continuu, excitabilitatea nervului in jurul catodului se mareste, fenomen cunoscut sub numele de catelectrotonus. In apropierea polului pozitiv excitabilitatea diminua (necesitand un stimul excitant de intensitate mai mare), modificare denumita anelectrotonus.
Excitabilitatea variaza si in functie de frecventa stimulilor. Tesuturile vii transmit impulsuri cu o anumita frecventa. Majoritatea celulelor au capacitatea de a emite sau de a propaga impulsuri cu o frecventa de 500 impulsuri/s. Cand stimulul aplicat asupra tesutului viu depaseste posibilitatea lui de a genera sau transmite impulsuri, excitatia nu se mai produce. Numarul mare de stimuli ce pot fi generati sau propagati de un tesut viu in unitatea de timp poarta numele de mobilitate functionala sau labilitate functionala. Un stimul care depaseste mobilitatea functionala, nu produce excitatie ci o stare numita parabioza. Curentii de inalta frecventa sunt utilizati in fizioterapie fara a produce excitatii, deoarece este depasita mobilitatea functionala a tesuturilor.
Pentru masurarea excitabilitatii tesuturilor in medicina se foloseste curentul electric. Pentru masurarea excitabilitatii unui nerv sau muschi se recurge la procedee conventionale. Se practica stimularea prin inchiderea unui curent continuu sau prin aplicarea unui stimul rectangular. Se stabileste in mV sau in mA, valoarea curentului in masura sa produca intr-o perioada minima de timp aceleasi efecte ca si un curent de aceiasi intensitate, actionand nedefinit. Durata minima a unui curent de o anumita intensitate necesar pentru producerea excitatiei a fost numit de Gildemeister timp util si depinde de intensitatea curentului de excitatie. Cu cat intensitatea curentului de excitatie este mai mare cu atat timpul este mai redus. In cazul in care inscriem intr-un sistem de coordonate raportul intre timpul in ms si intensitatea curentului in mV apare o curba de forma unei hiperbole cunoscuta sub numele de curba timp-intensitate (sau tensiune) care reflecta excitabilitatea unui tesut. Ca indicatori de masurare a excitabilitatii se utilizeaza urmatorii parametri:
Intensitatea minima a curentului, capabil sa produca excitatia intr-un timp nedefinit se numeste reobaza.
Timpul in ms in care un curent rectangular de o reobaza produce excitatia poarta denumirea de timp util principal.
Cronaxia reprezinta timpul in care un curent de doua reobaze produce excitatia. Acest parametru a fost introdus de Lapique in 1903. Determinarea cronaxiei constituie metoda de electie pentru stabilirea excitabilitatii relative a tesuturilor excitabile. De exemplu cronaxia unei fibre mielinice groase A este de 0,1-0,2 ms; fibrele nervoase mielinizate subtiri 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 pana la 20 ms.
Cronaxia este invers proportionala cu excitabilitatea. Cu aceasta metoda se poate explora tulburarile transmiterii neuromusculare. In acest sens se masoara cu un electrod ac introdus in muschi, cronaxia la stimularea muschiului respectiv. Daca transmiterea neuronala este normala, valoarea cronaxiei masurate transcutan este cea a fibrei mielinice groase. In cazul alterarii inervatiei motorii a muschiului striat se obtin valori mai lungi ale cronaxiei peste 1 ms pana la 100 ms.
Conductibilitatea este proprietatea neuronului de a transmite impulsuri. Propagarea impulsurilor se face diferit in fibrele amielinice si mielinice.
In fibrele amielinice, excitatia se transmite din aproape in aproape, prin curenti Hermann, care se raspandesc atat la suprafata cat si in interiorul fibrei nervoase. O scadere a potentialului de repaus cu 20 mV determina propagarea excitatiei in ambele directii. Curentii locali, care se produc in interiorul zonei excitate, actioneaza asupra zonelor vecine, intocmai ca si catodul, care a produs excitatia. Aceasta va produce o depolarizare in imediata vecinatate, care va progresa. Zona depolarizata, datorita patrunderii inverse, din afara inauntru a curentului este repolarizata in asa fel ca zona depolarizata avanseaza sub forma unei unde. Unda de depolarizare se propaga astfel in ambele sensuri, plecand de la catod. Viteza de transmitere a impulsurilor prin prelungirile amielinice variaza direct proportional cu diametrul fibrei.
Fibrele mielinice au o conductibilitate mai mare datorita prezentei tecii de mielina. Conducerea impulsului nervos prin fibrele mielinice se face saltator, de la o strangulatie Ranvier, la alta. Fibra mielinica are membrana libera numai in zona nodulilor Ranvier. In regiunile internodale nu se produc scurgeri de curent prin membrana, din cauza tecii de mielina, izolatoare, ce are o rezistenta electrica de 500 ori mai mare. Depolarizarea din zona nodulului Ranvier se datoreaza patrunderii Na+ prin membrana inzestrata cu canale de Na+ de cca 200 ori mai multe decat in membrana fibrelor amielinice. Fibrele amielinice sunt dotate cu 110 canale de Na+/μm2. Membrana pericarionului neuronilor mielinici contine intre 50 si 5 canale de Na+/μm2, portiunea incipienta a axonului (conul axonal) intre 350 si 500/μm2 membrana de la suprafata tecii de mielina are 25/μm2, membrana strangulatiilor Ranvier intre 2000 si 12000/μm2 iar axonul terminal intre 20 si 75 canale de Na+/μm2. Potentialul de actiune generat, se transmite fara intarziere ca si un curent electric, de la nodul la nodul, atat prin lichidul extracelular cat si prin axoplasma. In zona nodulilor are loc o intarziere a conducerii din cauza ca potentialul de actiune trebuie sa atinga un anumit prag, pentru a provoca excitatia. Dar, variatia potentialului este suficient de mare pentru a depolariza si strangulatiile urmatoare. Deci, transmiterea saltatorie are un grad de siguranta chiar daca sunt excluse multe strangulatii Ranvier, producand transmiterea potentialului de-a lungul intregii fibre.
Avantajul conducerii saltatorii consta in: 1) transmiterea mai rapida a influxului nervos de cca de 50 ori mai iute decat cea mai rapida fibra amielinica; 2) consumul mai redus de energie, intrucat se depolarizeaza numai zona restransa a strangulatiei Ranvier si 3) pierderile de ioni sunt de cateva sute de ori mai mici.
Legile care guverneaza conducerea influxului nervos sunt:
a) Legea integritatii neuronului. Neuronul distrus chiar partial nu conduce excitatia.
b) Legea conducerii izolate. Excitatia transmisa de o fibra nu trece in fibra alaturata.
c) Legea conducerii indiferente. Impulsurile se transmit prin neuroni si prelungirile sale in ambele directii.
d) Legea conducerii nedecrementiale. Transmiterea influxului nervos se face fara scaderea amplitudinii potentialului de actiune pe tot parcursul fibrei nervoase, deoarece intervin procesele biologice in mecanismele conductibilitatii.
Inregistrand potentialul de actiune intr-un nerv mixt (de ex. sciatic) la distanta fata de locul de stimulare, se obtine un potential de actiune compus, avand mai multe deflexiuni care se inscriu sub forma electronervogramei. Deflexiunile se datoreaza conducerii impulsurilor cu viteza inegala prin fibrele ce alcatuiesc nervul. In functie de structura, fibrele se impart in: fibre mielinice A si B si fibre amielinice C (vezi tabelul de mai jos).
|
Tipul de fibra |
Diametrul (μm) |
Viteza (m/s) |
Functia fibrei |
|
Mielinica Aα |
Motoneuronii α Proprioreceptorii |
||
|
Mielinica Aβ |
7 (sapte) - 15 |
Exteroreceptorii tactili si presoreceptorii |
|
|
Mielinica Aγ |
Motoneuronii γ |
||
|
Mielinica Aδ |
Receptorii durerosi Termoreceptorii |
||
|
Mielinica B |
Fibre vegetative preganglionare |
||
|
Amielinica C |
sub 1 |
Raspuns reflex dureros Fibre vegetative postganglionare |
Fibrele A la randul lor, in raport de grosime se clasifica in fibre alfa, beta, gama si delta. Diametrul lor variaza de la 1 la 20 mm, iar viteza de conducere intre 5 m/s si 120 m/s (alfa = F 10-20 mm ; 60-120 m/s; beta = F mm, 40-90 m/s; gama = F mm, 30-40 m/s; delta = F mm, 15-25 m/s. Astfel de fibre sunt atasate motoneuronilor si proprioceptorilor.
Tipul B cu diametrul de 1-3 mm si viteza de conducere de 3-14 m/s sunt fibre preganglionare vegetative.
Fibrele C, amielinice cu diametrul sub 1 mm cu viteza de conducere de 0,5-2 m/s, formeaza fibrele postganglionare vegetative si nervii senzitivi ce conduc durerea.
Lezarea axonilor prin zdrobire, sectionare, anoxie, injectare de substante toxice si altele, produce doua tipuri de degenerare neuronala: o degenerare a segmentului distal denumita degenerare anterograda si una a segmentului proximal denumita degenerare retrograda.
Degenerarea anterograda a fost studiata de A.V.Waller in 1850 si de aceea poarta numele si de degenerare sau degenerescenta walleriana. Ea apare la scurt interval de la producerea leziunii si se datoreaza in principal separarii segmentului distal al axonului de corpul celular care reprezinta centrul metabolic al neuronului. Aceasta degenerare incepe la 24 ore de la sectionare si este urmata de o serie de modificari structurale, histologice si chimice, care se petrec de-a lungul intregii portiuni distale. La inceput apare o umflare, o tumefiere a acestei portiuni, iar incepand cu aproximativ a 5-a zi detasarea in fragmente a portiunii distale. Teaca de mielina se fragmenteaza. Acest proces este urmat de o invazie a macrofagelor la locul leziuni si fagocitarea fragmentelor. Intre ziua a 8-a si a 32-a teaca de mielina dispare complet. La locul leziunii raman celule Schwann care se diferentiaza in celule alungite. Aceste celule cresc in toate directiile de la capatul distal al nervului sectionat. Acest proces se produce cu o viteza de aproximativ 1 mm/zi. Spatiul dintre capetele nervului sectionat daca nu depasesc 3 mm este umplut complet cu celule Schwann. Din acest motiv procesul este favorizat daca capetele sectionate sunt suturate prin procedeul de neurorafie.
In portiunea proximala prima reactie la sectionarea axonului este degenerarea portiunii axonice adiacente sectiunii, de obicei pana la prima stangulatie Ranvier sau la a 2-a strangulatie. Adesea in aproximativ 48 de ore de la sectionare apar modificari si la nivelul corpului celular dar mai putin intense si mai variabile decat primele. Aceasta constituie degenerescenta retrograda. Aceste modificari pot fi de doua tipuri: degenerative sau regenerative. Modificarile degenerative timpurii ale corpului celular al unui nerv sectionat sunt de prost augur, semnalandu-ne moartea posibila a neuronului. Aceste modificari sunt traduse prin dezintegrari si pulverizari ale corpusculilor Nissl (fenomenul de cromatolza sau tigroliza), care dispar complet in 15-20 zile de la leziune.
In acest timp corpul celular se tumefiaza, devine rotund si se produce disparitia si a celorlalte organite celulare (aparatul Golgi, mitocondrii). Gradul de cromatoliza depinde de varietatea neuronilor afectati, de natura si de distanta sectiunii fata de corpii celulari. Modificarile regenerative timpurii indica faptul ca corpul celular este implicat intr-o sinteza masiva de proteine necesare pentru inlocuirea portiunii degenerate a axonului. "Reparatiile" celulare incep la cca 20 de zile dupa sectionare si devin complete dupa 80 de zile. Corpusculii Nissl si aparatul Golgi se refac treptat iar celula capata forma si dimensiunile normale. Aceasta refacere celulara nu garanteaza insa si o supravietuire de lunga durata a neuronului lezat. Daca un neuron regenerat nu reuseste sa stabileasca contacte sinaptice cu o celula tinta potrivita, el poate muri.
Daca axonii lezati se afla in SNC celulele gliale specializate, si in primul rand microglia, dar si astroglia, prolifereaza si absorb prin fagocitoza resturile celulare. De aceea aceste tipuri de celule gliale se mai numesc si fagocite. Astrocitele fibroase vor forma tesutul cicatricial.
In general degenerescenta se opreste la nivelul sinapselor. Dar in anumite situatii ea se exercita si transneural. De exemplu degenerarea nervului optic sectionat se transmite transsinaptic si in neuronii ganglionului geniculat lateral si chiar mai departe. La fel dupa sectionarea radacinilor medulare posterioare apare degenerescenta neuronilor din coarnele anterioare.
Regenerarea neuronala reflecta de fapt fenomenele de neuroplasticitate. Se face pe seama celulelor Schwann care-si prelungesc citoplasma sub forma de muguri care dau nastere la 50-100 prelungiri. Procesul incepe la 2-3 saptamani de la sectionarea axonului. Din cele 50-100 ramuri inmugurite abia una patrunde in teaca endoneurala formata de teaca Schwann golita. Acest lucru este deci posibil daca exista o solutie de continuitate la distanta de cel putin 3 min. intre capetele sectiunii si de aici necesitatea apropierii acestor capete prin procedeul de neurorefie. Rata zilnica de crestere este de 0,25 mm in jurul leziunii si de 4 mm/zi in segmentul distal. Cresterea fibrelor nervoase se face deci foarte lent, regenerarea nervului necesitand perioade de unul sau mai multi ani. Daca spatiul care separa cele doua fragmente sectionate este mai mare de 3 mm si este ocupat de tesut cicatricial ce creiaza un obstacol pentru fibrele care inmuguresc, acestea se incolacesc si formeaza o structura tumorala numita neurom. Durerile fantomatice ce le semnaleaza unii bolnavi dupa amputatii sunt cauzate de aparitia acestei formatiuni tumorale.
In procesul regenerarii pot survenii unele complicatii. Este posibil ca un numar de fibre sa creasca in teaca altui nerv decat cel original sau ca fibrele unui nerv senzitiv sa creasca in segmentul distal al unui nerv motor, sau invers. Astfel se descrie regenerarea aberanta a nervului facial, cand unele fibre pot lua directia spre ganglionul sfenopalatin si glanda lacrimala. La astfel de persoane apare sindromul "lacrimilor de crocodil", caracterizat prin hiperlacrimatie in timpul masticatiei.
Axonii sanatosi din apropierea unei fibre sectionate pot raspunde uneori la degenerarea acestora prin dezvoltarea unor muguri adiacenti colaterali care inerveaza zonele sinaptice abandonate de axonii degenerati. Aceste ramuri colaterale pot avea origine din terminatiile axonice sau din colateralele pornind de la nivelul strangulatiilor Ranvier.
Inainte vreme se credea ca aceasta inmugurire colaterala ar fi determinata de substante chimice eliminate de axonii degenerati, dar cercetarile recente au aratat ca ele sunt determinate de anumiti factori eliberati de tesuturile tinta. De exemplu inmugurirea colaterala poate fi indusa in neuronii motori prin simpla pastrare a muschiului tinta intr-o stare de inactivitate, si absenta daca acest muschi este stimulat electric.
Cresterea axonilor este determinata in mare masura de interactiunea intre axonii care cresc in mediul tisular in care se dezvolta. La capatul axonului exista o structura numit conul de crestere a axonului. Axonul se strecoara prin tesuturi prin conul sau de crestere. Penetrarea conului de crestere se numeste filopodie. Conurile de crestere contin actina, care determina extensii si retractii citoplasmatice cu un ritm de 6-10 μm/min. Noile structuri formate inclusiv microtubulii si neurofilamentele sunt aduse printr-un transport axoplasmatic din portiunea proximala a axonului. Directia de crestere a axonului este dictata in parte de moleculele de adeziune celulara, glicoproteine membranare care accelereaza procesul de comunicare intercelulara.
Regenerarea nervilor este un proces care se realizeaza deosebit de greu la vertebratele superioare si la om, comparativ cu vertebratele inferioare si la nevertebrate, la care acest proces se realizeaza deosebit de usor. Daca factorii care promoveaza regenerarea precisa la vertebratele inferioare ar putea fi identificati si apoi aplicati in cazul regenerarii nervoase la om, acest lucru ar putea face posibila recuperarea unor leziuni cerebrale.
S-a pus problema daca sistemul nervos poate fi transplantat si daca acest tesut poate inlocui zonele lezate din SNC si sistemul nervos periferic.
In anul 1971 a inceput era moderna a neurotransplantarii printr-un studiu care a adus dovezi indubitabile privind supravietuirea tesutului neuronal transplantat in creierul unei gazde. Acesti neuroni transplantati aveau ADN-ul nuclear marcat in prealabil cu timidina radioactiva. Era vorba de o portiune din cerebelul unor sobolani tineri in varsta de 7 zile. Dupa doua saptamani examenul antoradiografic indica faptul ca cei mai multi din neuronii transplantati supravietuiau.
Cercetari ulterioare au aratat ca eliminarea transplantului in SNC este rara intre membrii aceleasi specii, in special daca tesutul este preluat de la donatori nou nascuti sau embrioni. Zonele optime pentru neurotransplant sunt acele zone puternic vascularizate si care au un suficient spatiu de crestere.
Un implant va dezvolta o structura normala spre proiectiile sale neuronale doar daca este implantat intr-o zona corespunzatoare. In aceasta situatie, neuronii transplantati se dezvolta la fel ca si in organismul donatorului. De exemplu cand precursorul embrionar al retinei este transplantat la sobolani nou nascuti in cortexul nevizual sau cerebel, care in mod normal nu primesc informatii de la retina, acestia nu supravietuiesc.
Aceste cercetari de pionierat privind neurotransplantarea au fost motivate de ideea ca ele ar putea dovedi posibilitatea de realizare a unor procedee utilizate in terapia unor leziuni nervoase.
Eforturile pentru a promova regenerarea in SNC s-au focalizat pe intrebarea de ce neuronii sistemul nervos periferic regenereaza, pe cand cei ai SNC nu realizeaza aceasta regenerare? Cercetarile au dovedit ca neuronii SNC au capacitatea de a regenera in cazul in care sunt implantati in structurile sistemului nervos periferic. Astfel, neuronii periferici senzitivi regenereaza normal de-a lungul radacinilor medulare posterioare pana ajung in maduva spinarii, la nivelul careia regenerarea se opreste. S-a pus problema ca la nivelul SNC exista ceva care impiedica regenerarea. Au fost discutate doua posibilitati: Una este ca tesutul fibros al astrogliei care prolifereaza in zona lezata a SNC ar impiedica proliferarea. Dar s-a constatat ca eliminarea acestui tesut cicatricial nu a creat posibilitatea regenerarii neuronilor in SNC. A doua posibilitate este ca in opozitie cu celulele Schwann din sistemul nervos periferic, oligodendroglia, care asa cum am amintit are rolul de a mieliniza mai multi axoni din SNC. Acest proces s-a dovedit a fi un substrat fizic propice axonilor in vederea regenerarii lor.
Cercetarile facute cu neuronii SNC care erau obligati sa inmugureasca si sa se dezvolte in conducte formate din celule Schwann, au ajuns la concluzia ca in aceste conditii acesti neuroni pot regenera oprindu-si insa procesul de regenerare odata ajunsi in zona SNC.
O arie larga de preocupari privind neurotransplantul a constat in posibilitatile de tratare a afectiunilor cerebrale prin neurotansplantare, de inlocuire a tesutului bolnav lezat cu tesut sanatos. Aceasta abordare a fost utilizata in mai multe directii, dar cele mai mari progrese s-au obtinut in tratamentul bolii Parkinson. Boala este data de degenerarea unei populatii de neuroni dopaminergici din substanta neagra a trunchiului cerebral si care se proiecteaza in zona neostriatului din nucleii bazali (este o boala degenerativa care se caracterizeaza printr-un comportament motor aberant).
Precursorii celulelor eliberatoare de dopamina din subtanta neagra obtinute de la embrionii sobolanilor au fost transplantati in peretele ventriculului cerebral vis-a-vis de leziunile experimentale din substanta neagra care inducea simptomele bolii Parkinson sau intr-o cavitate adiacenta creiata pe cale neurochirurgicala in apropierea neostriatului. Numerosi axoni din implant au crescut ulterior in neostriat. Dupa sase luni de la neurotransplant se observa o imbunatatire a comportamentului motor afectat de leziunile din substanta neagra. Imbunatatirea comportamentului motor era direct proportionala cu numarul neuronilor regenerati.
La bolnavii parkinsonieni s-a transplantat tesut dopaminergic din medulosuprarenala in zona ventriculilor laterali din apropierea neostriatului. Acest procedeu a dus la ameliorarea simptomelor bolii.
Una din cele mai recente si mai spectaculoase strategii de cercetare in domeniul neurotransplantarii preconizeaza grefa de celule provenite de la embrioni avortati a caror celule regenereaza prin colonizare tesuturile nervoase lezate sau distruse. Ca urmare, au fost initiate studii ce urmaresc, pe parcursul dezvoltarii embrionului evolutia sistemuli nervos, cautand sa determine perioada optima pentru recoltarea celulelor in vederea neurotransplantarii si de aici interesul si dezvoltarea care a fost adusa cercetarilor privind embriogeneza si organogeneza SNC si sistemului nervos periferic. In aceasta etapa cercetarile se desfasoara inca pe animale de laborator.
In prezent, se efectueaza experiente pe maimute mult mai apropiate structural de om, iar primele rezultate sunt incurajatoare. Transplantul de tesut nervos promite sa amelioreze sau chiar sa vindece, in viitor si alte boli provocate de distructii aparute la nivelul creierului si SNP cum ar fi epilepsia, scleroza in placi, boala Altzheimeier.
Prin act reflex se intelege reactia de raspund involuntara si inconstienta a organismului, aparuta la aplicarea unui stimul asupra unei zone receptoare, cu participarea sistemului nervos. Reflexele secretorii si motorii gastrice si intestinale, reflexele respiratorii, circulatorii precum si reflexele motorii care mentin echilibrul si postura se desfasoara fara un control constient. Atingerea cu degetul a unei suprafete ascutite provoaca retractia mainii inainte de aparitia durerii constiente, ceea ce demonstreaza caracterul involuntar al reflexului.
Baza anatomica a actului reflex este arcul reflex, compus din cinci elemente: receptorul, calea aferenta, centrul reflex, calea eferenta si efectorul.
Terminatiile nervoase libere sau specializate indeplinesc rolul de receptori. In alcatuirea cailor aferente intra fibre nervoase senzitive a caror neuroni de origine sunt situati in ganglionii spinali sau in ganglionii nervilor cranieni. Este vorba de dentritele acestor neuroni.
Centrii nervosi pot fi localizati in maduva spinarii sau in etajele supraiacente. Calea aferenta este constituita din fibre nervoase motorii somatice sau vegetative.
Desi majoritatea celulelor din organism se comporta ca si efectori, tesuturile specializate in raspunsuri efectoare sunt muschii si glandele.
Receptorii transforma diferitele forme ale variatiilor de energie din mediul inconjurator, in semnale nervoase. In receptori are loc in acelasi timp o codificare a informatiei.
Din punct de vedere structura, receptorii sunt fie terminatii nervoase libere, fie formatiuni specializate. Clasificarea receptorilor a fost facuta pentru prima data de Sherrington in 1906, in functie de localizarea lor: exteroreceptori si interoreceptori. Exteroreceptorii raspund la stimuli care iau nastere in afara organismului, iar interoreceptorii la cei din interiorul lui.
Exteroreceptorii la randul lor sunt de doua feluri:
a) Telereceptori (receptorii la distanta). Sursa de energie care excita asemenea receptori este situata la distanta (de exemplu receptorii vizuali, auditivi).
b) Receptorii de contact, vin in contact direct cu sursa de energie (de ex. receptorii tactili).
Interoreceptorii, in functie de amplasarea lor se impart in:
a) Proprioreceptorii, raspanditi in muschi, tendoane, articulatii si aparatul vestibular.
b) Visceroreceptorii, imprastiati difuz in organele interne.
In ultima vreme se prefera o clasificare a receptorilor in functie de natura energiei care ii influenteaza. Se disting astfel:
Mecanoreceptorii cum ar fi: receptori tactili, auditivi (sensibili la vibratii), presoreceptorii, baroreceptorii din artere (zona sinusului carotidian); fusurile neuromusculare si corpusculii tendinosi Golgi.
Termoreceptorii sensibili la radiatiile calorice: receptorii pentru cald si pentru rece.
Receptorii electromagnetici excitati de radiatiile electromagnetice reprezentati de celulele cu conuri si bastonase din retina.
Chemoreceptorii sensibili la modificarile chimice ale mediului intern: receptorii din muguri gustativi, receptorii epiteliului olfactiv, receptorii aortici si din glomusul carotidian, sensibili la pO2 sanguin si a pCO2 sanguin, receptori sensibili la concentratia sanguina a glucozei, a acizilor aminati si a acizilor grasi, situati de asemenea in hipotalamus.
Osmoreceptorii din nuclei anteriori ai hipotalamusului si
Algoreceptorii sau nociceptorii impresionati de stimulii durerosi, reprezentati de fibrele nervoase libere.
Metodele moderne de studiu al receptorilor constau in introducerea unor microelectrozi fie in receptori, fie in nervii aferenti, cu inregistrarea potentialului de actiune. Primele determinari au fost facute in 1950 de Katz asupra proprioreceptorilor. Ulterior, astfel de cercetari s-au extins si asupra corpusculilor tactili Vater-Pacini. Fibra nervoasa din corpusculul Vater-Pacini are dimensiuni de 2μm. Capatul distal al fibrei nervoase aferente din interiorul corpscului este amielinic. Inca din interiorul corpusculului, fibra nervoasa incepe sa fie acoperita de teaca de mielina. Prima strangulatie Ranvier se afla in interiorul corpusculului, iar cea de a doua strangulatie, in apropierea punctului in care fibra nervoasa paraseste corpusculul.
Microelectrozii introdusi in receptor, in portiunea de fibra nervoasa amielinica au aratat ca sub influenta stimulului, in fibra nervoasa apare o modificare a potentialului de repaus proportionala cu intensitatea stimulului, care nu se supune legii "tot sau nimic". Cu cat presiunea exercitata asupra receptorului creste, cu atat se amplifica depolarizarea in corpusculul Vater-Pacini ajungand pana la 100 mV. Variatia de potential electric aparuta in receptor sub actiunea stimulului poarta denumirea de potential receptor sau potential generator. Presiunea exercitata produce o deformare a terminatiunii nervoase, cu deschiderea canalelor pentru Na+ si patrunderea Na+ in interiorul fibrei. Cu cat presiunea exercitata este mai mare, cu atat mai mult Na+ strabate membrana.
Modificarile de potential din receptor ce ating valoarea de 10 mV sunt transmise de-a lungul fibrei. Transmiterea depinde de diferenta de potential dintre prima strangulatie Ranvier si receptor. Cand se anesteziaza sau se comprima prima strangulatie Ranvier potentialul generator din receptor nu se transmite. Potentialul generator ce se transmite prin nerv, da nastere la potentialul de actiune sau potentialul propagat care ia nastere intre prima si a doua strangulatie Ranvier.
Pana acum am prezentat functia de traductor a receptorului, de transformare a energiei din mediul inconjurator in semnal nervos. Un stimul fiziologic ce actioneaza asupra receptorilor este caracterizat prin urmatorii parametri: calitate, intensitate, extindere care reprezinta distributie spatiala si durata de timp, care reprezinta desfasurare temporala. Toti acesti parametri sunt codificati in semnalul pe care receptorul il transmite centrilor nervosi superiori.
Codificarea calitatii stimulului depinde in primul rand de structura portiunii aneurale a receptorului. Fiecare tip de receptor raspunde la un anumit tip de stimulare, sau cu alte cuvinte receptorii sunt celule specializate in perceperea unei forme de energie, reactionand slab sau deloc la alte forme.
Forma de energie la care terminatia aferenta raspunde optimal in timpul functionarii normale poarta numele de stimul adecvat. In circumstante neobisnuite, terminatiile aferente descarca si la alte forme de energie. Senzatiile percepute sunt insa intotdeauna cele ale stimulului adecvat pentru receptor, indiferent de forma de energie care a initiat descarcarile de potentiale de actiune la nivelul terminatiilor sau de-a lungul caii aferente.
Potentialele propagate in nervul aferent sunt cu atat mai frecvente cu cat potentialul receptor este mai mare. Prin urmare, receptorul codifica informatia prin modularea fecventei. Stimulii slabi dau nastere la impulsuri slabe in nervi, iar stimulii puternici, la impulsuri frecvente. Cresterea potentialului generator nu schimba amploarea potentialului de actiune din nerv ci doar frecventa lui.
Sistemul nervos central interpreteaza intensitatea stimulului printr-o codificare in frecventa, existand un paralelism net intre frecventa absoluta si intensitatea stimulului, exprimata in legea Weber-Fechner, care demonstreaza ca frecventa impulsurilor nervoase generata de un nerv senzitiv (F) este proportionala cu logaritmul intensitatii stimulului (IS):
F = K log IS
Constanta K este constanta de proportionalitate
Raspunsul logaritmic al receptorilor la intensitatea stimulului confera acestora o scara foarte larga de sensibilitate si perceptivitate. Daca receptorii nu ar raspunde logaritmic, nu ar putea fi detectate decat modificarile mari ale intensitatii stimulului.
Creierul insa apreciaza de fapt intensitatea reala a stimulului (IR), senzatia perceputa, nu in raport cu logaritmul stimulului, ci cu intensitatea stimulului (IS) ridicat la o putere constanta (A) inmultita cu constanta de proportionalitate (K). Acest fenomen este cunoscut in psihofiziologie sub numele de "legea puterii":
IR = K.(IS)A
Exponentul A si constanta K sunt diferite pentru fiecare tip de senzatie.
Legea nu este valabila pentru toate tipurile de energie, lipsind corespondenta intre stimuli si senzatie, mai ales la energiile foarte mici si foarte mari. La valorile medii ale energiei stimulul creste in progresie geometrica, iar senzatia perceputa in progresie aritmetica.
Se poate remarca o relatie liniara atat cu intensitatea reala a stimulului cat si cu intensitatea actuala a stimulului. Stimulii de intensitate slaba si de intensitati prea puternice, a caror existenta, in genere iradiaza usor si se concentreaza greu se afla intr-o relatie nonlineara cu sensibilitatea ceea ce observam la inceputul si sfarsitul curbei.
Pe langa frecventa potentialelor de actiune, intensitatea reala a stimulilor se apreciaza si dupa variatia numarului de receptori activati. In mod obisnuit stimulii activeaza mai intens un camp receptor. In acest mod numarul total al impulsurilor nervoase este de fapt suma frecventelor individuale, a mai multor receptori si a mai multor fibre nervoase aferente, realizandu-se o codificare spatiala a informatiei primite de catre receptor.
Potentialele de actiune, potentialele propagate, din nervii conectati cu receptorul tactil Vater-Pacini apar in momentul comprimarii receptorului. Desi compresiunea se mentine, se constata ca potentialele de actiune se raresc si dupa un timp scurt dispar. Ele reapar odata cu inlaturarea compresiunii. Rarirea si disparitia potentialelor de actiune din nervul aferent constituie fenomenul de adaptare. Receptorii care se adapteaza rapid se numesc receptori fazici.
Exista insa receptori care se adapteaza foarte incet sau incomplet, numiti receptori tonici. Algoreceptorii, receptorii pentru frig, baroreceptorii, fusurile neuromusculare sunt receptori tonici ce informeaza in mod constant creierul asupra starii organismului si asupra relatiilor sale cu mediul inconjurator.
Senzatiile de durere si de rece sunt declansate de stimulii cu potential nociv. Daca algoreceptorii si receptorii pentru frig s-ar adapta rapid, si-ar pierde din rolul lor fiziologic, de a dezvalui pericolul. Baroreceptorii sinocarotidieni si cardioaortici intervin in permanenta in reglarea presiunii arteriale, iar adaptarea lor ar limita precizia cu care opereaza sistemul de reglare. Fusurile neuromusculare joaca un rol in adaptarea posturii de lunga durata.
Fenomenul de adaptare nu corespunde cu oboseala receptorului, intrucat stimularea lui mai intensa da nastere la o noua reactie de raspuns. In cursul adaptarii s-a modificat pragul de excitabilitate a receptorului fata de stimul. Fenomenul de adaptare este important in fiziologie, deoarece da posibilitatea receptorilor sa detecteze noi modificari de energie din mediul inconjurator. Receptorii sunt prin urmare, influentati numai de variatiile bruste de energie. Energia de aceeasi intensitate, aplicata timp indelungat, nu are nici o valoare informationala.
Adaptarea corpusculilor Vater-Pacini au loc in primul rand deoarece lamele conjunctive concentrice ale corpusculului raman deformate in zona de maxima presiune, insa se extind rapid in partea opusa. Ca urmare, dispare distorsiunea terminatiei nervoase centrale. Dupa indepartarea lamelor conjunctive ale corpusculului prin procedee de microdisectie, la compresiunea directa a terminatiei nervoase apare o adaptare lenta a receptorului, adica receptorul din fazic, devine tonic.
Receptorii fazici si tonici se deosebesc prin capacitatea lor de codificare temporara a stimulilor. O prima modalitate este cea in care receptorul descarca tot timpul cat actioneaza excitantul, cazul receptorilor tonici si deci durata semnalizata de receptor coincide cu durata actiunii excitantului.
Alta modalitate a codificarii temporale este realizata mai ales de receptorii fazici de diverse tipuri, care semnalizeaza inceputul actiunii excitantului (celule receptoare tip "ON"), sfarsitul (celule receptoare tip "OFF") sau inceputul si sfarsitul actiunii excitantului (receptor tip "ON-OFF"). In general, acesti receptori semnaleaza variatia intensitatii stimulului (ex. celulele receptoare din retina).
Impulsurile nervoase sunt transmise de la un neuron la altul prin jonctiuni functionale interneuronale denumite sinapse. Deci sinapsa este regiunea de comunicare neuro-neuronala sau neuro-efectoare (muschi sau glande). La nivelul acestei portiuni exista diferentieri morfofunctionale ce determina excitatia sau inhibitia elementului postsinaptic, atunci cand neuronul presinaptic intra in activitate. Transmiterea impulsului nervos de la zona presinaptica la cea postsinaptica nu este o simpla saritura de potential de actiune, ci un proces mult mai complex, datorat faptului ca membrana postsinaptica este inescitabila electric.
In afara functiei sale in transmiterea excitatiei sau inhibitiei de la un neuron la altul, sinapsa este si o zona de comunicare intercelular prin care o celula isi exercita influentele trofice asupra celeilalte.
Sherrington in 1897 a denumit acest loc de contact intre doi neuroni sinapsa. Ramon y Cajal la inceputul secolului a adus argumente morfologice si experimentale pentru intreruperea continuitatii sistem nervos la nivelul jonctiunii interneuronale. Otto Loewi in 1921, a dovedit pentru prima data existenta mediatorilor chimici responsabili de transmiterea impulsului nervos la nivelul sinapsei. In anul 1954 G.E. Palade a studiat ultrastructura sinaptica cu ajutorul microscopului electronic lamurind definitiv elementele ultrastructurale ale sinapsei.
Din punct de vedere al modalitatii de transmitere a impulsului nervos, sinapsele se clasifica in:
- sinapse chimice, la care efectul asupra zonei postsinaptice se exercita prin producerea unei neurosecretii de catre zona presinaptica. Aceste sinapse predomina la mamifere si la om.
- sinapse electrice, asemanatoare morfologic cu cele chimice, dar la nivelul lor transmiterea impulsului nervos presinaptic asupra zonei postsinaptice se face printr-un curent de actiune. In general, aceste sinapse au spatiu mai ingust decat primele (aproximativ 2 nm) fata de 20-30 nm cat au sinapsele chimice. Sinapsele electrice se descriu mai ales la nevertebrate iar la om sunt discutabile. Ele formeaza jonctiuni lacunare sau gap junctions", care se caracterizeaza prin existenta unor punti de joasa rezistenta ionica, prin care ionii trec usor dintr-o celula in alta. La mamifere, ele au fost descrise doar in sinapsele din nucleul vestibular.
Din punct de vedere al naturii neurotransmitatorului chimic s-au descris sinapse colinergice (acetilcolina), adrenergice (noradrenalina), dopaminergice (DOPA-mina), serotoninergice, gabaergice etc.
Din punct de vedere functional se deosebesc sinapse excitatorii sau inhibitorii.
Din punct de vedere structural (ultrastructural) s-au descris trei tipuri de sinapse:
- tipul I, sinapse axo-dendritice, excitatorii cu o fanta sinaptica mai lunga 30 nm, cu o membrana presinaptica ingrosata si vezicule presinaptice sferice.
- tipul II, sinapse axo-somatice cu o fanta sinaptica mai ingusta (20 nm) cu o membrana presinaptica mai subtire, veziculele sinaptice sunt turtite sau alungite.
- tipul III de sinapse sunt cele cu spatiu sinaptic ingustat de 2 nm. Din acest tip fac parte sinapsele electrice.
Se descriu apoi in afara de sinapsele axo-dendritice si axo-somatice, sinapse axo-axonice, dendro-dendritice, somato-somatice si chiar dendro-somatice. Examinarile ultrastructurale au relevat existenta unor variate tipuri de sinapse la nivelul SNC si periferic. Un neuron poate primi fibre presinaptice de la multi alti neuroni prin convergenta si la randul sau poate trimite fibre la mai multi neuroni prin divergenta. Foarte rar se intalnesc neuroni in raport de 1 la 1. Cele mai multe legaturi sinaptice sunt de ordinul sutelor sau mai frecvent de ordinul miilor. Aceste rapoarte determina securitatea sinaptica in interiorul sistemului nervos. Neuroplasticitatea structurala manifestata din viata embrionara se mentine asa cum am vazut si in perioada adulta.
Sinapsele nu sunt formatiuni statice, rigide, ci prezinta o mare plasticitate, care consta in capacitatea de a-si modifica permanent functionalitatea, de a fi inlocuite, de a spori sau de a se reduce ca numar in functie de statusul functional. Aceasta plasticitate apare mai pregnant in cursul dezvoltarii organismului, dar ea este prezenta si la adult. Aceasta proprietate are rolul de primenire necesara in anumite conditii. Lezarea sau distrugerea sinapsei, duce la refacerea acesteia in aproximativ 60 de zile. Primenirea la adult este un proces de remodelare functionala. Aceasta inlocuire si remodelare functionala la adult se petrece in cca. 35-40 de zile. Acest proces se realizeaza atat datorita uzurii functionale, care in cazul sinapselor se realizeaza relativ rapid din cauza suprasolicitarilor, cat si adaptarea permanenta a acestora la solicitarile mereu crescande. S-a constatat ca sporirea complexitatii mediului ambiant duce la cresterea cu peste 10% a numarului crestelor sau sporilor dendritici. Se pot evidentia trei directii sub care putem privii plasticitatea sinapselor: 1) in ceea ce priveste calitatea si cantitatea eliberarii mesagerilor chimici; 2) calitatea si numarul receptorilor postsinaptici si 3) modificarea dimensiunilor fantei sinaptice. Plasticitatea secretorie este accentuata prin eliberarea unor mesageri principali sau secundari (neurotransmitatori, cotransmitatori si neuromodulatori). Neuronul isi poate schimba chiar profilul secretor, transformandu-se din excitator in inhibitor si invers. Receptorii postsinaptici pot creste ca numar sau chiar suprafata postsinaptica poate creste prin sporirea spinilor dendritici. Ca urmare unei solicitari dimensiunea spatiului sinaptic se poate modifica si el in functie de ritmul sau durata transmiterii sinaptice.
Microscopia electronica a aratat ca axonul presinaptic se termina la locul de contact cu neuronul postsinaptic printr-o portiune largita de 0,5-2 m, denumita din cauza formei sale buton sinaptic sau buton terminal. Partea mai ingrosata a butonului terminal alcatuieste zona sau membrana presinaptica. In apropierea butonului sinaptic, fibra nervoasa axonala isi pierde teaca de mielina. In interiorul butonului exista numeroase organite celulare reprezentate mai ales de mitocondri (mai numeroase decat intr-un volum similar de citoplasma celulara). Sunt in medie 10.000 de vezicule cu diametrul de 30-60 nm, mai numeroase in apropierea spatiului sinaptic. Veziculele se aglomereaza in anumite puncte ale membranei presinaptice, iar in dreptul veziculelor membrana devine mai opaca. Veziculele contin stocate mici pachete moleculare (numite cuante) cu transmitatori chimici responsabili pentru transmiterea sinaptica. Morfologia veziculelor variaza in functie de neurotransmitatorul pe care-l contine. Asa de exemplu, veziculele din sinapsele adrenergice si cele dopaminergice apar de diametru mai mare, granulare si dense in centrul lor, pe cand veziculele colinergice, glutamatergice si gabaergice apar de diametru mai mic si clare. Veziculele din sinapsele inhibitorii din cortexul cerebral apar turtite sau alungite in timp ce in sinapsele excitatorii apar rotunde. Veziculele reprezinta componentul cel mai important cantitativ, cel mai constant si specific al terminatiilor sinaptice.
Desi cantitatea si asezarea veziculelor variaza in diferite sinapse intotdeauna se poate observa o stransa asociere a lor cu membrana presinaptica. Veziculele ar avea rolul sa stocheze mediatorii chimici sinaptici sintetizati in zona pericarionului si transportati prin microtubuli in butoni terminali. Din ele se elibereaza apoi substanta mediatoare.
In butonul sinaptic se evidentiaza de asemenea si un manunchi de material amorf electrodens. Materialul dens este format din proteine filamentoase (proteine asociate membranei sinaptice sau asociate veziculelor, care se intind de la o vezicula la alta si din filamente mai groase situate in axoplasma, dar cu baza pe membrana presinaptica sunt structurile citoscheletului butonului sinaptic. Deoarece veziculele sinaptice inconjoara si se ataseaza de proteinele filamentoase, s-a emis ipoteza dupa care ele ar juca un rol in procesul de exocitoza a continutului veziculelor.
Procesul de fuziune a veziculelor de membrana presinaptica si eliberarea neurotransmitatorului reclama doua categorii de proteine asociate:
Proteinele asociate veziculelor din care intra:
a) sinapsina implicata in eliberarea veziculelor de pe citoscheletul butonului;
b) sinaptobrevina si sinaptofizina, care formeaza un canal ionic in momentul intrarii in membrana veziculei;
c) sinaptoamina, care reprezinta senzorul ionilor de Ca++ necesar asa cum vom vedea in producerea acestui proces.
Aceste proteine interactioneaza cu a doua categorie de proteine cu proteinele asociate membranei sinaptice care sunt: sintaxina si proteina membranei presinaptice.
Pe langa aceste proteine, aceste procese de fuziune si eliberare solicita proteina alfa asociata sinapsei si factorul senzitiv N-etilmalemid (NSF) cu rol in activarea ATP-ului, jucand rol ATP-azic.
Intre membrana presinaptica si cea postsinaptica cu care vine in contact exista un spatiu liber numit fisura sau fanta sinaptica a carui grosime variaza intre 10-30 nm. Acest spatiu sinaptic este plin cu lichid extracelular si o retea filamentoasa de proteoglican care are rolul de a asigura adezivitatea celor doua membrane, pre si postsinaptica.
In zona postsinaptica nu exista vezicule, regiunea fiind in general mai saraca in organite celulare. Pe suprafata interna a membranei postsinaptice exista un strat de particule foarte fine. Functia particulelor nu este inca cunoscuta dar se presupune ca reprezinta un material proteic implicat in mentinerea si renovarea receptorilor din membrana postsinaptica. Membrana postsinaptica contine structurile receptoare, caracteristice mediatorului eliberat din zona presinaptica. Mediatorul actioneaza asupra receptorilor din membrana postsinaptica. Receptorii mediatorilor sunt molecule mari de proteine, inclavate in structura bimoleculara lipidica a membranei. Receptorii sunt formati din doua componente: 1) o componenta fixatoare a mediatorului, care proemina in afara membranei in fisura sinaptica si 2) o componenta ionofora, care patrunde prin membrana in interiorul neuronului postsinaptica. Ionoforul se prezinta sub forma unui canal ionic, ce se deschide sub influenta mediatorului chimic, deci este un canal ligand-dependent. Consecinta interactiunii mediatorului cu receptorul o constituie modificarea permeabilitatii membranei postsinaptice cu depolarizarea (in cazul sinapselor excitatorii) sau hiperpolarizarea (in cazul sinapselor inhibitorii) a neuronului postsinaptic.
Ideea transmiterii chimice este mai veche, dar a fost confirmata de cercetarile lui Otto Loewi (1921-1926). Pentru ca o substanta sa fie considerata un mediator chimic este nevoie ca ea sa indeplineasca o serie de conditii formulate de Paton (1958):
sa existe ca atare sau sub forma de precursori in teritoriul presinaptic;
enzimele de sinteza sa existe in acelasi teritoriu;
sistemul enzimatic de inactivare sa fie prezent in teritoriul sinaptic.
stimularea terminatiilor nervoase presinaptice sa determine eliberarea in cantitati suficiente a acestei substante;
aplicarea substantei la nivelul membranei postsinaptice sa determine acelasi efect cu stimularea presinaptica.
Neuronii, in calitate de celule secretoare, s-au dovedit a fi capabili sa produca si sa elibereze o gama larga de substante chimice, cu rol semnalizator si reglator. In afara de neurotransmitatorii propriu zisi, care sunt principalele substante a caror eliberare si actiune asigura transmiterea mesajului neuronal la nivelul sinapsei, astazi se discuta despre asa zisi cotransmitatori, eliberati odata cu neurotransmitatorii. Ei participa atat la modificarea raspunsului postsinaptic, cat si la reglarea eliberarii mediatorului din terminatia nervoasa presinaptica sau exercitand efecte trofice in teritoriu. O a treia gama de substante chimice eliberate in zona presinaptica sunt neuromodulatori. Aceste substante chimice nu sunt capabile sa produca un raspuns sinaptic specific, dar ei realizeaza modificari de durata ale capacitatii de raspuns si transmitere neuronala pre- si postsinaptica.
Ansamblul chimic reprezentat de neurotransmitatori, cotransmitatori si neuromodulatori, asigura o activitate sinaptica fin ajustata nevoilor de moment ale organismului fiind unul din factorii responsabili de plasticitatea sinaptica. Mediatorul chimic al celor mai multe sinapse il reprezinta acetilcolina. Mediatorii chimici se clasifica astfel:
Acetilcolina
Aminele biogene:
catecolaminele: Noradrenalina, adrenalina, dopamina
serotonina (5 - hidroxitriptamina)
histamina
Aminoacizii:
excitatori: glutamatul si aspartatul
inhibitori: acidul gamoaminobutiric (GABA) si glicina
Neuropeptidele:
opioizii endogeni: endorfinele, enkafalinele si dinorfina
substanta P, neuropeptidul Y, colecistokinina (CCK), somatostatina, angiotensina, peptidul vasoactiv intestinal (VIP)
Purinele: ATP, ADP, AMP si adenozina
Alte molecule cu functie neuromodulatorie
gazele: monoxidul de azot (NO), monoxidul de carbon (CO)
steroizii: aldosteronul, cortizonul (si alti glicorticoizi), progesterenul, estrogeni (17β - estriolul), testosteronul
prostaglandinele (PGE)
interferonii
interleukinele (IL1)
Transmiterea sinaptica este constituita dintr-o secventa de sase evenimente a caror desfasurare este urmatoarea:
Sinteza mediatorului are loc la nivelul corpului celular, dar si la nivelul butonilor terminali. Ambele zone sunt prevazute cu echipamentul enzimatic necesar. Produs la nivelul corpului celular (pericarionului), mediatorul chimic este transportat, prin mecanismul fluxului axoplasmatic, pana la nivelul terminatiilor.
Stocarea mediatorului este procesul prin care se creeaza rezervele presinaptice de mediatori chimici necesari pentru momentul in care unda de depolarizare presinaptica va determina eliberarea acesteia intr-un ritm accelerat si explosiv. Pana nu de mult se considera ca veziculele presinaptice ar reprezenta unicul sediu al stocurilor presinaptice de mediator.
Excesul de mediator chimic ce nu poate fi stocat de vezicule se consdera ca este inactivat prin hidroliza enzimatica la nivelul citoplasmei (acetilcolinesteraza pentru acetilcolina, carboximetil transferaza, (COMT) si monoaminoxidaza, (MAO) pentru noradrenalina si dopamina.
Cercetarile mai noi au evidentiat existenta unor stocuri citoplasmatice de mediator chimic. Astfel, astazi se descrie un compartiment stabil (sau de depozit) care cuprinde mediatorul de rezerva ce se va elibera mai tarziu in cursul stimularii. Al doilea compartiment ar fi reprezentat de compartimentul labil, continand mediatorul imediat disponibil in momentul stimularii.
Eliberarea mediatorului este procesul prin care acesta ajunge in spatiul sinaptic. Este in fond un fenomen de neurosecretie explosiva declansat de aparitia potentialului de actiune (sau altfel spus al undei de depolarizare) la nivelul membranei butonului terminal. Aceasta depolarizare a butonului terminal va determina in afara patrunderii Na+ si un influx masiv de Ca++. Ionii de Ca++ din mediul extracelular patrund intr-o oarecare masura prin canalele de Na+ voltaj-dependente deschise rapid de potentialul de actiune. Insa majoritatea Ca++ patrunde prin canale specifice de Ca++-voltaj-dependente care se deschid mai lent. Acest influx de ioni de Ca++ reprezinta mecanismul de cuplare a potentialului de actiune cu secretia mediatorului chimic. Se produce o atasate, o fuziune, a 200-300 de vezicule la membrana presinaptica si evacuarea continutului in spatiul sinaptic prin procesul de exocitoza.
Veziculele sinaptice sunt legate la nivelul butonului presinaptic de o proteina filamentoasa numita sinapsina. Eliberarea veziculelor se face prin procesul de fosforilare a sinapsinei de catre proteinkinaza II. Ca++ patruns in buton activeaza proteinkinaza. Sinapsina retine veziculele sinaptice pana cand fosforilarea initiala de cresterea concentratiei ionilor de Ca++ in zona presinaptica, le elibereaza, permitand deplasarea veziculelor spre membrana presinaptica in vederea exocitozei. Evacuarea mediatorului din vezicule se face direct proportional cu influxul de Ca++ in zona presinaptica.
Dupa golirea continutului vezicular prin exocitoza, membrana acestora va fi incorporata in structura membranei presinaptice, din care ulterior se formeaza noi vezicule care se incarca cu mediator chimic.
Conform teoriei cuantice elaborate in anul 1954 de Katz si Miledi, eliberarea mediatorului se realizeaza in pachete moleculare egale intre ele, numite cuante. In momentul aparitiei potentialului de actiune in teritoriul presinaptic, frecventa de descarcare a canalelor de mediator creste atat de mult incat determina aparitia potentialului postsinaptic ce se poate propaga prin procesele de sumare temporare si spatiale. O singura descarcare in conditii normale contine aproximativ 150 de cuante eliberate simultan.
Traversarea spatiului sinaptic de catre cuantele de mediator chimic ce se realizeaza prin miscare browniana tinzand sa ajunga la membrana postsinaptica.
Ajuns la nivelul membranei postsinaptice, mediatorul isi exercita actiunea prin cuplarea cu receptorii specifici. Acesti receptori, inclusi in structura membranei postsinaptice, reprezinta molecule proteice a caror conformatie chimica le permite sa intre in interactiune specifica cu molecula de mediator. Aparitia complexului mediator-receptor determina modificari in structura postsinaptica. Aceste transformari reversibile au drept consecinta modificarile de permeabilitate ce stau la baza raspunsului postsinaptic la realizarea potentialului postsinaptic.
Inactivarea mediatorului este procesul prin care se realizeaza scoaterea din circulatie a mediatorului eliberat, in vederea reluarii ciclului la stimulul urmator. Viteza deosebit de mare cu care se realiza acest proces presupune existenta unor mecanisme multiple. Acestea sunt:
a) Inactivarea enzimatica postsinaptica sau transinaptica se realizeaza cu ajutorul enzimelor hidrolitice din membrana postsinaptica sau din spatiul sinaptic. Aceste enzime plasate frecvent in imediata apropiere a receptorilor, desface complexul mediator-receptor pe masura ce acesta se formeaza.
b) Captarea postsinaptica se realizeaza de catre structurile postsinaptice si trecute in citoplasma acestuia unde este inactivat. Acest mecanism intereseaza mai ales o parte a mediatorului chimic ce nu a fost fixat pe receptori.
c) Difuzia extrasinaptica. O parte a mediatorului eliberat difuzeaza in spatiul extrasinaptic, unde este inactivat de enzimele hidrolizante cu sediu extracelular sau captat de celulele extrasinaptice (nevroglii, celule musculare, celule sanguine etc.).
d) Recaptarea. Zona presinaptica capteaza o parte a mediatorului eliberat in vederea reutilizarii lui (de exemplu noradrenalina, dopamina, GABA etc.).
Daca se inregistreaza potentialele postsinaptice in cursul excitarii neuronului presinaptic se constata ca membrana poate sa se depolarizeze, sau in alte cazuri sa se hiperpolarizeze. Cand potentialul de repaus din membrana postsinaptica, care are valoare de -70 mV incepe sa se depolarizeze, atingand valori mai putin negative, se realizeaza un potential postsinaptic excitator (PPSE).
Depolarizarea membranei postsinaptice se realizeaza prin deschiderea canalelor pentru Na+. PPSE dureaza cca 20 ms si se aseamana cu potentialul local. Linia ascendenta a PPSE atinge valoarea maxima in cca 2 ms, iar cea descendenta necesita in jur de 15 ms pana ce revine la valoarea potentialului de repaus. Revenirea se explica prin scurgerea K+ in afara neuronului postsinaptic si prin expulzia activa a Na+ patruns in celula.
Recoltarea potentialelor din zona postsinaptica au relevat existenta unor potentiale spontane miniaturale de amplitudine foarte mica de 0,5 mV. Ele sunt consecinta descarcarii spontane a 1-5 cuante de mediator chimic cu o frecventa de 1/sec. Ele constituie "zgomotul de fond" al sinapsei. Ele nu influenteaza sinapsa si nici excitabilitatea neuronala.
Pentru ca PPSE sa se propage in neuronul postsinaptic el trebuie sa atinga o anumita valoare. Pentru a genera un impuls nervos care sa se propage, sinapsele trebuie sa atinga un PPSE cu o valoare de 20-30 mV (adica sa ajunga la valoarea de -40 -45 mV).
Suprafata membranei postsinaptice depolarizata imediat sub butonul sinaptic, este extrem de mica incat nu este capabila sa depolarizeze intreaga membrana. Pentru a aparea potentialul de actiune in zona postsinaptica este necesar sa se depolarizeze cca 10% dintre sinapsele cu care este conectat neuronul. Daca nu se realizeaza acest lucru PPSE se produce fara propagare. Pentru descarcarea a cca 10% din sinapse este necesar fenomenul de sumare fie spatiala, mentionat mai sus sau sumare temporala prin descarcarea repetitiva a unei singure sinapse.
In concluzie, se poate spune ca daca prin sumatia PPSE se obtin valori mai mari decat pragul pentru excitarea neuronului, se genereaza un potential de actiune care se propaga, iar daca valoarea ramane sub pragul de excitatie, atunci neuronul postsinaptic ramane facilitat, insa nu e excitat. Starea de facilitare a neuronului este tranzitorie si dureaza 15-20 ms, timp in care este posibila sumatia temporara sau spatiala. Acest fenomen este posibil deoarece PPSE spre deosebire de potentialul de actiune nu se supune legii "tot sau numic" si de aceea amplitudinea sa creste prin marirea intensitatii impulsului aferent.
In cazul in care se realizeaza o hiperpolarizare a zonei postsinaptice se produce un potential postsinaptic inhibitor (PPSI). Exista mediatori chimici cum ar fi acidul gama-aminobutiric (GABA) sau glicina sub actiunea carora potentialul de repaus se negativeaza cu cca -10 mV. PPSI persista de asemenea 20 ms, atingand un maxim in 1-2 ms si revine treptat la potentialul de repaus in aproximativ 15 ms. Aparitia PPSI determina blocarea transmiterii sinaptice. Directia curentului de hiperpolarizare in PPSI este inversa fata de PPSE, adica de la exteriorul membranei spre interiorul ei, ceea ce face ca membrana postsinaptica sa devina mai putin receptiva si ca urmare sa scada excitabilitatea neuronului postsinaptic.
PPSI se explica fie prin cresterea permeabilitatii membranei neuronale pentru Cl- care patrund in celula, fie prin deschiderea unor canale pentru K+ care parasesc celula. Deschiderea canalelor pentru Cl- face ca acesta sa treaca conform gradientului de concentratie din lichidul extracelular in interiorul celulei, marind potentialul de membrana. La scurt timp se restabileste potentialul de repaus, probabil printr-un transport activ de Cl- in afara celulei.
Inhibitia provocata de PPSI poarta numele de inhibitie directa sau postsinaptica. Se cunoaste si o inhibitie presinaptica sau indirecta. In acest caz, neuronii inhibitori activati nu modifica potentialul transmembranar postsinaptic ci reduc amplitudinea PPSE, intervenind asupra butonului presinaptic si asupra cantitatii de mediator chimic eliberat de neuronul presinaptic. Inhibitia presinaptica poate dura 200-300 ms fata de cea postsinaptica care dureaza asa cum am vazut 15-20 ms.
Conducerea unidrectionata. Propagarea impulsului nervos prin sinapsa se face intr-o singura directie, din zona presinaptica spre zona postsinaptica. Dirijarea in sens unic a mesajului nervos se explica prin amplasarea veziculelor cu mediator chimic doar in zona presinaptica si prin prezenta receptorilor membranari cu specificitate pentru mediatorii eliberati numai pe membrana postsinaptica.
Intarzierea sinaptica. Eliberarea mediatorilor chimici in fisura sinaptica, prin intermediul carora se conduce influxul nervos de la un neuron la altul, explica intarzierea sinaptica de aproximativ 0,5 ms.
Fatigabilitatea transmiterii sinaptice. Stimularea repetitiva a unei sinapse excitatorii provoaca la inceput descarcari frecvente in neuronul postsinaptic, pentru ca in urmatoarele milisecunde sau secunde, descarcarile sa se rareasca progresiv. Fenomenul poarta numele de oboseala sinaptica. Datorita oboselii sinaptice, zonele supraexcitate din sistemul nervos isi reduc dupa un timp excitabilitatea excesiva. Oboseala sinaptica constituie astfel un mecanism de protectie a organelor efectoare.
Aparitia oboselii sinaptice este pusa in primul rand pe seama epuizarii stocurilor de mediatori din butonii sinaptici. Pe de alta parte oboseala sinaptica ar putea fi datorata inactivarii treptate a mai multor receptori membranali postsinaptici.
4) Facilitarea posttetanica sau potentarea posttetanica. Aplicarea unor stimuli repetitivi rapizi pe o sinapsa excitatoare, urmata de o perioada de repaus, face neuronul postsinaptic mult mai reactiv, mai receptiv la stimulii urmatori. Procesul este cunoscut sub termenul de facilitare posttetanica. Facilitarea se datoreste in mare masura concentrarii excesive de Ca++ in butonii presinaptici, din cauza pompei de Ca++ care evacueaza prea incet excesul ionilor penetrati in butonul terminal. Ionii de Ca++ acumulati se adauga efectului potentialului de actiune si astfel determina eliberarea, exocitarea mai multor vezicule in spatiul sinaptic. Din cauza ca facilitatea posttetanica dureaza un timp destul de indelungat, uneori ore in sir, in functie de neuroni, ea sta la baza memoriei de scurta durata. Vom aminti la memorie despre potentialele de lunga durata (LTP), unde se discuta o astfel de facilitare posttetanica.
5) Vulnerabilitatea sinapselor la hipoxie si medicamente. Transmiterea sinaptica este impiedicata prin hipoxie. Fara aport de oxigen nu mai are loc sinteza de ATP si alte substante chimice necesare pentru producerea si eliberarea mediatorilor chimici. Ca urmare, eliberarea mediatorilor devine insuficienta pentru activarea membranei postsinaptice. Intreruperea circulatiei cerebrale pentru mai multe secunde determina pierderea cunostintei, datorita mecanismelor mentionate mai inainte.
Dintre substantele medicamentoase anestezicele sunt cele mai puternic implicate in functionarea sinapsei. Majoritatea anestezicelor isi exercita actiunea asupra sinapselor, fie reducand cantitatea de mediator eliberat, fie determinand eliberarea mediatorilor inhibitori.
6) Fenomenele de sumare temporala si spatiala. Fenomenul de sumare in general se explica prin faptul ca stimulul aferent, chiar cand este insuficient pentru producerea unui potential postsinaptic propagat, determina la nivelul neuronului postsinaptic o stare de facilitare, care persista un timp foarte scurt si care se poate suma cu starile analoage create, concomitent sau succesiv de alti stimuli, putand atinge la un moment dat pragul de descarcare si astfel sa devina eficient. De mentionat ca si impulsurile inhibitorii similar cu cele excitatorii, prezinta o sumare spatiala si temporala.
7) Fenomenul de convergenta si de ocluzie. Facilitarea unei sinapse se poate realiza prin convergenta mai multor sinapse de la mai multi neuroni, pe un singur neuron (ex. motoneuronul din coarnele anterioare ale maduvei spinarii). Daca stimulam cu stimuli liminali doi neuroni din radacinile posterioare ale maduvei raspunsul motor este mai amplu decat suma raspunsurilor la stimulari separate a celor doi neuroni. Surplusul se explica prin antrenarea in raspuns a unui numar superior de neuroni. Ocluzia este fenomenul opus facilitarii. Daca repetam experimentul de mai sus folosind un stimul maximal se constata ca suma raspunsurilor individuale este mai mare decat raspunsul obtinut prin excitarea concomitenta a celor doi neuroni. In acest caz, la stimularea individuala sunt antrenati in raspuns toti neuronii ce primesc aferente de la fiecare din cele doua celule. La stimularea concomitenta, raspunsul nu este la fel de intens ca suma fiecarui dintre cei doi neuroni aferenti deoarece neuronii pe care converg ambii neuroni nu mai participa de doua ori la raspunsul motor.
8) Fenomenul de postdescarcare. La stimularea singulara a unei cai aferente se obtine un raspuns multiplu si prelungit a neuronului eferent, fenomen numit postdescarcare. Fenomenul este explicat prin existenta circuitelor reverberante, in care neuronii intercalari, asezati in circuit inchis sau "in lant" supun neuronul terminal eferent unui "bombardament" prelungit de stimuli.
Organul efector reprezinta asa cum am vazut ultimul segment al arcului reflex. Acest segment este reprezentat de muschi sau glande. Portiunea in care fibrele nervoase motorii vin in contact cu muschii blocati, alcatuiesc placa motorie.
Denumita si sinapsa neuromotorie sau jonctiunea neuromotorie este o formatiune anatomica specializata la nivelul careia o fibra motorie somatica contacteaza o fibra musculara striata.
Terminatiile axonale ale fibrei motorii se afunda in sarcolema fibrei musculare. Intre membrana neuronala, care formeaza membrana presinaptica si sarcolema exista un spatiu numit fanta sinaptica de 20-50 nm. Membrana postsinaptica formata din sarcolema fibrei musculare apare foarte cutata, cu o multime de falduri principale si secundare, care-i maresc suprafata. In zona neuronala presinaptica, se evidentiaza numeroase mitocondri si vezicule sinaptice continand acetilcolina. Sarcolema este extrem de sensibila la acetilcolina in zona placii terminale. In aceasta zona sarcolema este inzestrata cu 1 la 4 x 107 receptori colinergici pentru o jonctiune neuromotorie. Receptorii prezenti in sarcolema sunt receptori colinergici nicotinici. Receptorii sunt sintetizati in aparatul Golgi din zona postsinaptica, de unde sunt transportati la locul de insertie din membrana postsinaptica. Receptorii captati, internalizati, sunt degradati de enzimele lizozomale din zona postsinaptica. Procesul de internalizare este un proces de endocitoza. Prin urmare, exista un proces de reimprospatare continua, un turnover a receptorilor nicotinici in membrana sarcolemica a placii terminale. Membrana sarcolemica sufera modificari morfologice remarcabile in zona placii terminale. Asa cum am vazut, ea devine extrem de cutata, neregulata, formand o multime de fante sinaptice secundare care se deschid toate in spatiul sinaptic primar. Fanta sinaptica are in interiorul sau un strat de material electrodens, numit substanta sau membrana de baza, care urmeaza fidel fiecare fanta postjontionala. Pe aceasta membrana de baza se fixeaza acetilcolinesteraza, enzima care marcheaza acetilcolina. La marginea scobiturii sinaptice aceasta fuzioneaza cu un strat de celule Schwann, inchizand fanta si formand o bariera impotriva difuziunii mediatorului in afara zonei sinaptice.
Fiecare vezicula din zona presinaptica contine aproximativ 4000 de molecule de acetilcolina (ceea ce reprezinta o cuanta de acetilcolina). Un impuls nervos depolarizeaza membrana postsinaptica cu 30-40 mV, deschizand canalele de Ca++ si determina golirea continutului a 200-300 de vezicule cu acetilcolina in fanta sinaptica. Pentru fiecare molecula de acetilcolina eliberata exista un disponibil cca 10 receptori colinergici si 10 molecule de acetilcolinesteraza. La om, o cuanta de acetilcolina, adica continutul unei vezicule presinaptice deschide cca 1500 canale de Na+ care sunt penetrate de 5 x 104 ioni de Na+. S-a calculat ca deschiderea numai a 4% din canalele de Na+ ar produce 90% din depolarizarea maxima a placii terminale. Prin urmare, exista o lunga marje de siguranta pentru transmiterea neuromusculara. Raspunsul contractil dispare numai dupa blocarea a 90% dintre receptorii colinergici nicotinici. Ca urmare a penetrarii ionilor de Na+ in zona postsinaptica a muschiului, se produce un potential de placa terminala, asemanator cu PPSE. Potentialul creste de la -90 mV, valoarea potentialului de repaus a sarcolemei, la valori mai putin negative si cand atinge -50 mV apare potentialul de actiune propagat, condus de-a lungul sarcolemei cu o viteza de 3-5 m/sec, care initiaza contractia muschiului striat.
Inregistrandu-se activitatea electrica in zona postsinaptica se pot observa potentiale miniaturale ale placii terminale de 1-2 mV, cu o frecventa de cca 1 potential/sec, ce sunt datorate spargerii spontane a unor vezicule de acetilcolina. Potentialele miniaturale au amplitudine atat de redusa, incat pot fi inregistrate numai in imediata vecinatate a jonctiunii neuro-motorii. Pana cand potentialul placii terminale nu ajunge la valoarea prag, adica la un potential de -50 mV nu se produce potentialul propagat.
Jonctiunea neuro-motorie se deosebeste de sinapsele neuro-neuronale prin urmatoarele caracteristici:
Influxul nervos elibereaza in fanta sinaptica a placii terminale cantitati suficiente de acetilcolina, in stare sa induca potentialul de actiune si raspunsul motor, nefiind necesara sumarea temporala si spatiala ca in cazul celorlalte sinapse.
Acetilcolina se desprinde rapid de pe receptorii colinergici nicotinici din sarcolema, iar in cca 1 msec are loc hidroliza ei sub actiunea acetilcolinesterazei prezenta chiar in spatiul sinaptic. Degradarea prompta a acetilcolinei previne reexcitarea muschiului.
Jonctiunea neuromusculara nu contine mediatori inhibitori, acetilcolina este un mediator excitator.
Fibrele nervoase vegetative postganglionare simpatice sau parasimpatice, constituie o sinapsa chimica speciala, care insa nu ia contact direct cu celulele musculare netede sau cu celulele glandulare. Unele fibre nervoase vegetative prezinta pe traiectul lor din loc in loc portiuni numite varicozitati, cu un diametru de 0,5-1 μm. Aceste varicozitati contin granule de noradrenalina sau vezicule cu acetilcolina, care sunt eliberate cand unda de depolarizare ajunge in dreptul lor. Datorita faptului ca mediatorul se elibereaza pe intreg traiectul fibrei nervoase, sunt antrenate in contractie un numar mare de celule musculare netede sau celule glandulare.
Persistenta locala a mediatorului chimic explica raspunsul repetitiv dupa un singur stimul. Fibrele nervoase nevenind in contact intim cu fibrele musculare netede, fiind separate de acestea printr-un spatiu de 20-30 nm, mediatorul se raspandeste la numeroase celule musculare invecinate, unde receptorii sunt imprastiati pe intreaga sarcolema. Aceste jonctiuni de contact functioneaza aproape ca si placa motorie dar din cauza ca mediatorul este nevoit sa se reaspandeasca pe o distanta mai mare decat a unei suprafete sinaptice obisnuite, raspunsul contractil a musculaturii netede are o latenta mai mare decat a muschiului striat. De asemenea si durata contractiei este de cca 30 ori mai mare comparativ cu secusa muschiului striat.
Distingem pe de o parte o secretie glandulara de substante organice (secretie ecbolica), iar pe de alta parte o secretie de apa si electroliti (secretie hidrolitica). Eliberarea produsilor de secretie din celulele glandulare se face prin exocitoza. Veziculele sau granulele de secretie se apropie de polul apical al celulei glandulare. Membrana acestora fuzioneaza cu membrana celulara, apoi produsul de secretie este exocitat in lumenul glandular sau in vasele sanguine. Procesul de exocitoza apare sub influenta semnalelor nervos-vegetative sau hormonale. Odata cu impulsul nervos-vegetativ sau hormonal se produce depolarizarea membranei a celulei glandulare, care determina cresterea permeabilitatii acesteia pentru Ca++ care va induce exocitarea produsului de secretie organica. Deci procesul de secretie glandulara, la fel ca si exocitarea mediatorului chimic in sinapsele neuro-neuronale este un proces Ca++ dependent.
Odata cu substantele organice din celulele glandulare se elibereaza apa si electrolitii. In momentul stimularii parasimpatice a glandei se modifica permeabilitatea glandei pentru ionii de Cl-. Ca urmare a penetrarii clorului in celula glandulara, interiorul celulei devine cu 10-15 mV mai negativ decat potentialul de repaus, care in cazul celulelor glandulare este de -30 - 50 mV. Ionii de Cl- atrag ionii de Na+. Ionii de Na+ si Cl- maresc presiunea osmotica intracitoplasmatica, atragand apa in interiorul celulei. Celula se umfla, creste presiunea hidrostatica intracitoplasmatica determinand trecerea apei si electrolitilor in canalul excretor al glandei.
|
Politica de confidentialitate | Termeni si conditii de utilizare |
Vizualizari: 2238
Importanta: 
Termeni si conditii de utilizare | Contact
© SCRIGROUP 2024 . All rights reserved
