Neurofiziologie -cursNoțiuni introductive- organizarea sistemului nervos (SN)

Generarea, transmiterea şi procesarea semnalului in sistemul nervos

Fiziologia senzorială

Excitabilitate- noțiuni generale

Medical Physiology- W.F.Boron

Target Audience. We wrote Medical Physiology primarily as an introductory text for medical students, although it should also be valuable for students in the allied health professions...

Noţiuni introductive

Organizarea morfofuncţională a sistemului nervos

Macroscopică

Microscopică

Funcţională

Organizare morfofuncţională a SNMacroscopică

-sistem nervos central

-sistem nervos periferic

Microscopică

-celule: neuroni

-celule: celule gliale sinapse

Somatic Vegetativ(autonom)

-teoria neuronală – H. von Waldeyer.1891

-bariera hemato-encefalică-relații metabolice

Aspectul macroscopic

Gigandet X, et al. Estimating the Confidence Level of White Matter Connections Obtained with MRI Tractography. PLoS ONE 3(12): . (2008)

Lungimea totală a capilarelor cerebrale- 400 mile

Distanța neuron-capilar - 20 µm

Circulația cerebrală -bariera hemato-encefalică

- bariera hemato lichidiană

Organizare morfofuncţională a SN

-14.000 gene exprimate în dezvoltarea și funcționarea creierului

-Genomul uman- cca. 22.000 gene

Suportul genetic al SN

Fiziologia celulelor nervoase

Funcții principale ale neuronului

-metabolism energetic

-sinteza moleculară

-transport-anterograd -retrograd

-generarea și conducerea potențialului de acțiune

Excitabilitate - capacitatea

(condiţia) unui sistem viu de a

capta semnale specifice, ca formă

de actualizare a informaţiei,

necesară organizării lui întru

adaptabilitate şi continuitate.

Excitabilitate- noțiuni generale

Câmpul electromagnetic este realitatea fizică cu care suntem în contact permanent şi nemijlocit, deşi nu avem simţuri pentru a o percepe. În odaia în care stăm, în parcurile în care ne plimbăm, în noi înşine, totul este plin de câmp electromagnetic, în fiecare moment, datorită câmpului electromagnetic, fiecare cută a fiinţei noastre este pătrunsă de toate melodiile care se cântă pe Pământ, ba şi de şoapte din afara lui, rostite poate cu miliarde de ani în urmă. A.Ţugulea- Câmpul electromagnetic? Ed. Agir, 2011

La nivelul cel mai

elementar, noi nu

suntem o reacţie

chimică ci o sarcină electrică...

Hans Berger

de la telepatie la EEG -1926

Mecanisme celulare şi

moleculare ale

excitabilităţii

Interacţiunea

stimul - receptor - răspuns

chimic

fizic

stimul

R e

c e

p t

o r

P r

o c

e s

o r

?răspuns

Molecule

hidrofobe Subst.

steroidice

O2

CO2N2

Apă

Glicerol

Uree

ZaharozăGlucoză

Na+, H+, K+

Ca2+, Mg2+

HCO3-, Cl-

Molecule

mici

nepolare

Molecule

mari

nepolare

Ioni

In timp ce curentul electric într-un fir metalic este generat de prin fluxul de electroni, curenții electrici membranari sunt generaţi de ionii anorganici

principali ai lichidelor biologice: Ca2+, Na+, K+, Cl− și HCO3−.La nivel molecular, curentul electric care traversează membrana celulară se propagă prin: canale ionice, transportori ionici electrogenici

•și pompe ionice electrogenice.

transp. pasiv

transport membranar

difuzie

simpla

mediată

de canalemediată de

transportori

mediată de

pompe

transport activ

bistrat

lipidic

canal

proteic transportori

Gradient de

concentraţie

adaptat după MOLECULAR BIOLOGY OF THE CELL. 2008

Canale de Na+ voltaj- dependente

Structura canal de Na voltaj dependent

identificat 1970

PP

Curent de poarta

_ _ SCTXTTX

+ +

+ +

+ +

+

+ +

+ +

+ +

+

__ __

LA

Senzor de voltaj

Bis

trat

lip

idic

BTX

Poarta

Po

r

Extracelular_ _ SCTXSCTXTTXTTX

+ +

+ +

+ +

++

+ +

++

+ +

+ +

+ +

+ +

+

__ __

LALA

Senzor de voltaj

Bis

trat

lip

idic

BTXBTX

Poarta

Po

r

Extracelular

poartă de

inactivare

poartă de

activare

extracelular

membrană

celulară+

Canale de Na+ voltaj- dependente

REPAUS (închis)

+

INACTIVAT (închis)

ACTIVAT (deschis)

+

Saxitoxină

Novocaina

TEA

TTX

Variaţia PA indusă de blocanti

Mordecai P. Blaustein. Cell. Physiol.and Neurophysio. Ed. Elsevier 2012

Canale ionice – Ach

Schema generala a receptorului de NMDA

N-metil-D-aspartat; PCP- fenciclidina; MK-801 - dizocilpina

Ka

ina

t

20

0 n

M,

CA

3

CONTROL CRIZĂ CRIZĂ EVOCATĂ SPONTANĂ

Bic

ucu

lin

ă

20

M

, C

A3

B

A

Echilibrul excitatie inhibitie/relația agonist-antagonist

Legenda pt. relația agonist-antagonist

A. Administrarea de Kainat (agonist glutamat-

ergic) induce după cca. 10 min activitate

electrică epileptiformă (aee), inițial, după

stimulare electrică, ulterior, în mod spontan.

B. Administrarea de Bicuculină (antagonist

GABAergic), induce după cca. 10 min activitate

electrică epileptiformă (aee), inițial, după

stimulare electrică, ulterior, în mod spontan.

Inregistrările aee au fost realizate pe secțiuni de

creier animal, perfuzate cu lichid cefalorahidian

artificial, in care au fost administrate kainat și

bicuculină.

membrană

celulară

poartăproteină

fibrilară

situs de

ancorareextrcelular

intracelular

Când celula este alungită, proteina fibrilară

fixată pe situsul de ancorare deschide

poarta canalelor ionice

membrană

celulară

extrcelular

intracelular

membrană celulară

intracelularsitus de ancorare

proteină fibrilară

Când distanța dintre două celule învecinate

crește, proteina fibrilară fixată pe situsul de

ancorare dintr-o celulă, deschide poarta

canalelor ionice din celula învecinată

Canale voltaj-dependente- Canale pentru Na+

- distribuţie – 30-10000/µm²- 10 gene pt. Na V

-subunitatea α - (α1- α9/ Nav 1- 9)

-subunitatea β

-1800-2000 aa- formează porul canalului

- controlează transportul ionic- ancorează canalul în membrana

celulară

- structură

NNN

CCC

SSSiiitttuuusss dddeee llleeegggaaarrreee aaa CCCaaa222+++

EEExxxtttrrraaaccceeelll

IIInnntttrrraaaccceeelll...

SSSiiitttuuusssuuulll AAATTTPPP---aaazzzeeeiii

CCCaaalllmmmoooddduuullliiinnnăăă

AAA

SSSiiitttuuusssuuulll dddeee llleeegggaaarrreee aaa AAATTTPPP

Pompa de Ca

Permeabilitatea membranei

celulare depinde de:

-interacţiunea ionilor cu apa

-bistratul lipidic membranar

-canale ionice

K+ansă de selecţiefiltru de selecţie

OO

O OO

O

Filtrul de selecţie

vestibul

por

citosol

ΦNa = 0,095 nm

ΦK = 0,133 nm

timp (ms)

+20

- 60

Pm

(m

V)

Variaţia potenţialului de membrană în raport cu

activitatea celulei nervoase

repolarizaredepolarizare

hiperpolarizare

depolarizare

repolarizare

Nerst

Vm = lnzXF

RT [X]i

[X]o

Potenţial de acţiune

50

0

m

V PA

Na+

K+

Aquaporina

-excitabilitate

Funcțiile transportului ionic

-reglare metabolică

-cuplare metab.-excitabilitate

-metab. neurotransmițători

-presiune osmotică,

volum celular

Transport ionic membranarConcluzii

Interrelaţii excitabilitate-metabolism