lp4 (1)

Lucrări practice - Fiziologie I LP-4 (2010-2011)

1. Organizarea sistemului nervos (SN)- modele de simulare 2. Morfofiziologia neuronului – modele de simulare.3. Evidenţierea efectului unor substanţe şi a temperaturii scăzute asupra

excitabilităţii nervului – experiment simulat pe n. sciatic de broască.4. Determinarea vitezei influxului nervos în fibrele nervoase mielinizate şi

amielinizate - experiment simulat pe nerv de broască şi şobolan.

1. Organizarea sistemului nervos (SN)-simulare

1.1.Clasificarea SN: criterii – topografic şi funcţional ) - vezi CD si curs.

1.2. SNC – componente:A. Componentele encefalului sunt prezentate succesiv de la cele superioare la cele

inferioare. Acestea sunt:a. Telencefalul, reprezentat de: 2 emisferele cerebrale - EC (cu substanţa cenuşie la

exterior organizată sub formă de cortex cerebral şi substanţa albă la interior, legătura dintre cele 2 EC realizandu-se prin corpul calos); corpii striaţi (ganglionii bazali) – nuclei cenuşii în profunzimea EC; sistemul limbic (creierul emoţional) – situat pe faţa ventro-medială a EC.

b. Diencefalul, reprezentat de: talamus (staţie releu pentru aproape toate informaţiile ce acced către cortexul cerebral); hipotalamusul (creierul vegetativ); epitalamusul (cu glanda pineală) şi alte cateva formaţiuni.

c. Mezencefalul, reprezentat de pedunculii cerebrali şi tuberculii cvadrigemeni (coliculii acustici şi vizuali); include şi cateva structuri mici dar importante funcţional: nucleul roşu şi substanţa neagră.

d. Metencefalul, reprezentat de punte (protuberanţă) şi cerebel (creierul mic, reprezentat de 2 emisfere cerebeloase unite prin vermis).

e. Mielencefalul, reprezentat de bulbul rahidian (ce conţine centrii vitali). Telencefalul şi diencefalul constituie creierul superior, mezencefalul, creierul mijlociu, iar metencefalul şi mielencefalul, creierul inferior. Mezencefalul, puntea si bulbul rahidian constituie împreună trunchiul cerebral.B. Componentele măduvei spinării.Măduva spinării (MS) are aspectul unui cilindru turtit dorso-ventral (antero-posterior) şi

este reprezentată de substanţa albă la exterior, organizată sub formă de cordoane (dorsale, laterale, ventrale) şi de substanţa cenuşie la interior, avand pe secţiune transversală aspectul literei H şi fiind organizată sub formă de coarne (dorsale, intermedio-laterale şi ventrale).

Substanţa albă este alcătuită din fibre nervoase mielinizate (mielina- fosfolipid ce dă culoarea albă) ce stabilesc conexiuni între etajele SNC, fiind organizate sub formă de fascicule tractusuri sau lemniscuri.

Substanţa cenuşie este alcătuită din aglomerări de some neuronale (pericarioni), care în SNC formează cortexul cerebral şi cerebelos, nucleii cenuşii sau coarnele medulare.

1.3. Sistemul nervos periferic (SNP) – componente.SNP este reprezentat de cele 12 perechi de nervi cranieni, un număr variabil de perechi de

nervi spinali (rahidieni), aproximativ echivalent cu numărul de vertebre şi de ganglionii vegetativi (paravertebrali – de o parte şi de alta a coloanei vertebrale; prevertebrali – ventral sau anterior de coloana vertebrală; viscerali - în apropierea organelor interne sau incluşi în acestea).

1.4. Organizarea funcţională a SN.A. SNS – este reprezentat de două componente:- SNS senzitivo-senzorial sau aferent, alcătuit din: receptori senzitivo-senzoriali somatici

(situaţi în piele, muşchi şi organe de simţ specializate); căi aferente senzitivo-senzoriale

1


(incluse în nervii cranieni şi rahidieni şi în căile ascendente medulare) care conduc mesajele de la periferie la centrii nervoşi superiori; centrii nervoşi somato-senzitivi (reprezentaţi de ariile corticale senzitivo-senzoriale) care prelucrează informaţiile exteroceptive şi proprioceptive, transformandu-le în senzaţii.

- SNS motor sau eferent, alcătuit din: centrii nervoşi somato-motori (corticali şi subcorticali) şi căi eferente motorii (incluse în căile descendente cortico-medulare şi în nervii cranieni sau spinali) care conduc comenzile motorii de la centrii nervoşi la muşchii scheletici ai organismului responsabili de activităţile motorii voluntare sau involuntare.

B. SNV – include, de asemenea:- SNV aferent, alcătuit din receptori viscerali care recepţionează stimulii interni; căi

aferente vegetative (incluse în nervii cranieni şi spinali şi în căi ascendente) care transmit mesaje de la organele interne la SNC; centrii nervoşi vegetativi, care prelucrează informaţiile senzitive interne, transformandu-le în senzaţii.

- SNV eferent, alcătuit din centrii nervoşi vegetativi (ortosimpatici şi parasimpatici) care elaborează comenzi şi din căi eferente vegetative simpatice şi parasimpatice, care transmit comenzile către muşchii şi glandele organelor interne.

De reţinut că centrii nervoşi superiori somatici şi vegetativi, senzitivo-senzoriali şi motori funcţionează în stransă interdependenţă, fiind centri de integrare a variatelor informaţii exteroceptive, proprioceptive şi interoceptive.1.5. Structurile protectoare ale creierului şi măduvei spinăriiStructurile protectoare ale creirului sunt reprezentate de: oasele cutiei craniene; meninge şi

lichid cefalo-rahidian (LCR).Măduva spinării este adăpostită într-un canal osos numit canal vertebral. Foiţele meningelui

regiunii craniene se prelungesc şi la nivelul măduvei spinării: dura mater, arahnoida şi pia mater.

La nivelul MS există în plus un spaţiu larg între dura mater şi periostul osului vertebral – spaţiul epidural. Acesta (de regulă, plin cu ţesut adipos, protector, de asemenea), constituie un loc de elecţie favorabil pentru injectarea substanţelor anestezice – anestezia epidurală).

1.6. Ventriculii cerebrali şi comunicările interventriculare. Circulaţia LCR.In interiorul creierului se află nişte cavităţi pline cu LCR, numite ventriculi cerebrali

(cavităţi ependimare). Aceştia sunt: ventriculii laterali I şi II (cate unul pentru fiecare emisferă cerebrală); ventriculul III (în regiunea diencefalului); ventriculul IV (în regiunea bulbo-protuberanţială). Aceste cavităţi se continuă în centrul măduvei spinării cu canalul ependimar, prin care, de asemenea, circulă LCR.

Ventriculii laterali comunică cu ventriculul III prin foramina (gaura) Monro; ventriculul III comunică cu ventriculul IV printr-un canal – apeductul lui Sylvius; ventriculul IV comunică direct cu canalul ependimar al MS, iar prin foramina Magendie şi foramina Luschka cu spaţiul subarahnoidian care acoperă emisferele cerebrale, respectiv cerebelul.

LCR este produs în permanenţă prin aportul sanguin cerebral şi drenat în permanenţă prin sistemul venos, asigurand homeostazia mediului în care îşi duc viaţa neuronii. Sensul circulaţiei LCR – vezi CD.

1.7. Organizarea celulară a sistemului nervos.In structura ţesutului nervos se găsesc două tipuri de celule: neuronii şi celulele gliale.A. Neuronii, ca unităţi morfo-funcţionale de bază ale sistemului nervos, sunt de mai multe

feluri, după numărul prelungirilor de care dispun:- neuroni pseudounipolari, cu o singură prelungire „în T”, rezultat al unirii în filogeneză a

prelungirii dendritice periferice cu cea axonică centrală. Actualmente, se consideră că aceşti neuroni ar avea doar prelungire axonică. In această categorie se includ neuronii senzitivi din

2


ganglionii spinali sau cranieni, prelungirea lor periferică constituind fibrele senzitive ale nervilor.

- neuroni bipolari, cu două prelungiri – una dendritică, la un pol al celulei şi una axonică la celălalt pol al celulei. Exemple: neuronii bipolari din retină, din mucoasa olfactivă.

- neuroni multipolari, , cu mai multe prelungiri dendritice şi un singur axon. Un exemplu îl constituie neuronii motori inferiori din coarnele ventrale medulare.

B. Celulele gliale au rol de susţinere, hrănire, sinteză, fagocitoză. Acestea sunt:- Astrocitele: au prelungiri ce se ataşează strans de endoteliul capilar pentru a prelua substanţele

nutritive din circulaţie şi a le transporta la neuroni.- Microglia: macrofagul ţesutului nervos care asigură fagocitoza materialului rezidual din creier.- Oligodendrocitul: celulă sintetizatoare de mielină pentru fibrele mielinizate din SNC. Fiecare

prelungire a oligodendrocitului generează un fragment de teacă de mielină ce înconjoară în straturi concentrice un axon.

- Celula Schwann: sintetizează teaca de mielină a nervilor periferici mielinizaţi, sau menţin în fascicule fibrele nervoase amielinizate. Citoplasma unei celule Scwann înconjoară un fragment de axon tot sub formă de foiţe concentrice, nucleul rămanand excentric.

- Celule satelit – se presupune că au rol de susţinere a pericarionilor din ganglioni.- Celulele ependimare: celule ciliate care căptuşesc ventriculii cerebrali şi ajută la producerea şi

circulaţia LCR.1.8.Bariera hemato-encefalică.Bariera hemato-encefalică are rolul de a menţine homeostazia mediului în care îşi duc

viaţa celulele nervoase. Capilarele ţesutului nervos prezintă joncţiuni strânse între celulele endoteliale, ceea ce face ca schimbul de substanţe să fie foarte selectiv. Unele substanţe cum sunt proteinele mari, toxinele şi majoritatea medicamentelor nu traversează bariera hemato-encefalică, în timp ce altele, cum sunt glucoza, oxigenul, dioxidul de carbon, apa, alcoolul pătrund uşor în ţesutul cerebral.

2. Morfofiziologia neuronului – simulare.

2.1.Elementele funcţionale ale neuronului.Un neuron se compune din: corp celular (somă sau pericarion) şi prelungiri: axon şi

dendrite. Acestea sunt reprezentate într-o microfotografie electronică scanning şi schematizate într-un desen (după Thibodeau şi Patton, 1999).

Dendritele şi membrana somei neuronale constituie aparatul receptiv al neuronului. Cea mai mare parte a informaţiilor este preluată de neuron prin ramificaţiile dendritice.

Corpul neuronului (soma, pericarionul) reprezintă centrul de prelucrare şi integrare a informaţiilor primite de la aparatul de recepţie. El conţine nucleul şi majoritatea organitelor celulare, cu rol în desfăşurarea activităţilor metabolice neuronale.

Axonul, o prelungire tubulară a neuronului, are un capăt iniţial unde este generat, de regulă, potenţialul de acţiune, şi un capăt terminal cu numeroase ramificaţii, prevăzute cu butoni sinaptici. Axonii pot fi sau nu acoperiţi cu o teacă de mielină. Axonii mielinizaţi au din loc în loc zone fără mielină, numite noduri sau ştrangulaţii Ranvier. Sinteza tecii de mielină este asigurată de oligodendrocite în SNC sau de celulele Schwann în nervii periferici. Axonul asigură funcţia de conductibilitate a neuronului.

Butonii sinaptici aflaţi la capătul terminal al axonului asigură transmiterea influxului nervos la alte celule nervoase sau la celulele efectoare.

2.2.Excitabilitatea neuronală.- Excitabilitatea reprezintă capacitatea neuronului de a genera un influx nervos (potenţial

de acţiune) la unul din capetele sale. Influxul nervos (potenţialul de acţiune) este generat odată ce în membrana neuronală se

produce o depolarizare de prag.

3


Stimulii subliminari (sub pragul de excitabilitate) nu declanşează potenţiale de acţiune dar generează o uşoară depolarizare, sub valoarea potenţialului de prag (-40 mV). Stimulul liminar (de prag) declanşează un potenţial de acţiune capabil de propagare (cu o valoare de +30 mV). Stimulii supraliminari (peste valoarea de prag) determină apariţia potenţialelor de acţiune de aceeaşi valoare ca şi stimulul de prag (+30 mV). Astfel, excitabilitatea neuronală se supune „legii tot sau nimic”: odată ce pragul este atins, se declanşează un răspuns maxim.

In concluzie, potenţialul de acţiune al nervului are următoarele caracteristici:- este negradat;- se propagă;- se supune legii „tot sau nimic”.2.3.Potenţialele locale în neuron.

Stimulii subliminari pot determina modificarea polarităţii membranei neuronale, fără a genera un potenţial de acţiune.

Există stimuli care produc un potenţial local depolarizant, fără însă a atinge pragul de depolarizare; există şi stimuli care generează un potenţial local hiperpolarizant. Potenţialele locale care produc depolarizare măresc excitabilitatea neuronală, pe cand potenţialele locale însoţite de hiperpolarizare reduc excitabilitatea neuronală pană la inhibiţie.

Potenţialele locale sunt gradate: un stimul mai slab determină o valoare mai mică a potenţialului local, iar un stimul mai puternic determină o valoare mai mare a potenţialului local.

Potenţialele locale se supun sumaţiei temporo-spaţiale:Un stimul subliminar A care acţionează succesiv (repetat la intervale scurte) în aceeaşi

regiune membranară, va declanşa un potenţial local de valoare mai mare sau chiar un potenţial de acţiune, datorită fenomenului de sumaţie temporală. Doi stimuli subliminari A şi B care acţionează simultan asupra membranei neuronale, declanşează un potenţial local mai mare sau un potenţial de acţiune, datorită fenomenului de sumaţie spaţială.2.4. Perioada refractară a excitabilităţii neuronului.Dacă asupra membranei neuronale acţionează doi stimuli de prag sau supraliminari la

intervale mai mici decat durata unui PA (sub 2 ms), cel de-al doilea stimul rămane fără răspuns. Pe durata PA, membrana neuronului se află în perioada refractară absolută (PRA), fiind inexcitabilă. La sfarşitul PA, se instalează perioada refractară relativă (PRR) pentru o durată de 10-15 ms. In această perioadă, membrana îşi reface treptat excitabilitatea: iniţial, răspunde la stimuli foarte puternici, avand un prag de depolarizare foarte ridicat (-10 mV), iar către sfarşitul PRR răspunde şi la stimuli liminari, pragul de depolarizare revenind la valoarea normală (-40 mV).

2.5. Conductibilitatea în fibrele nervoase amielinizate şi mielinizate.Conducerea influxului nervos în lungul axonilor amielinizaţi se realizează din aproape în

aproape cu ajutorul curenţilor locali Hermann. Sensul de propagare a influxului nervos este unidirecţional, deşi curenţii locali sunt generaţi în zonele adiacente în ambele sensuri. Aceasta se explică prin faptul că înapoia locului de producere a unui PA, membrana se află în PRR a PA anterior.

Conducerea influxului nervos în fibrele nervoase mielinizate se realizează saltatoriu, din nod Ranvier în nod Ranvier. Mecanismul conducerii are la bază tot curenţii locali, dar potenţialul de acţiune apare doar la nivelul nodurilor, mielina comportându-se ca un izolator electric.

2.6. Transmiterea sinaptică. Tipuri de sinapse.Există 2 criterii principale de clasificare a sinapselor:a. Din punct de vedere morfologic: - sinapse interneuronale: axo-dendritice; dendro-dendritice; axo-somatice; axo-axonice.

4


- sinapse neuro-efectoare: neuro-musculare şi neuro-glandulare. O caracteristică a sinapsei neuro-musculare este existenţa unor pliuri ale sarcolemei care măresc receptivitatea celulei musculare la mediatorii chimici.

b. Din punct de vedere funcţional:- sinapse electrice: la care transmiterea influxului nervos se face direct, datorită existenţei

joncţiunilor de tip GAP între celule;- sinapse chimice: la care transmiterea influxului nervos se face de la butonul terminal al

axonului unui neuron la alt neuron prin intermediul mediatorilor chimici.2.7. Morfologia unei sinapse chimice.

O sinapsă chimică are 3 componente:- regiunea presinaptică, reprezentată de butonul terminal al axonului primului neuron, care include ca elemente funcţionale: canalele de Ca din membrană si veziculele de mediatori chimici din citoplasmă;- spaţiul sinaptic (fanta sinaptică), un spaţiu extracelular între membrana primului neuron şi membrana celui de al doilea neuron, de 100-150 Å;- regiunea postsinaptică, reprezentată de membrana celui de al doilea neuron, cu următoarele elemente funcţionale: receptori specifici pentru mediatorii chimici; canale de Na, canale de K, enzime de inactivare a mediatorilor chimici.

2.8. Etapele funcţionării unei sinapse chimice.a. Sinteza mediatorului chimic, depozitarea în vezicule si transportul axoplasmic în

butonii terminali sinaptici.Mediatorul chimic este sintetizat în corpul neuronului, în RER, apoi este inclus în

vezicule de către AG. O parte dintre vezicule sunt transportate în lungul axonului, în butonii terminali, cu ajutorul microtubulilor, iar o parte constituie rezerva de mediator chimic al neuronului.

b. Eliberarea mediatorului chimic în fanta sinaptică. Acest proces se realizează numai sub acţiunea influxului nervos sosit la capătul terminal

al axonului. Influxul nervos declanşează deschiderea canalelor de Ca voltaj-dependente, calciul pătrunde în concentraţie mare în citoplasma butonului sinaptic şi asigură deplasarea veziculelor sinaptice către membrană. Astfel, prin exocitoză, mediatorii chimici sunt eliberaţi din vezicule în spaţiul sinaptic.

c. Fixarea mediatorilor chimici pe receptorii specifici şi generarea unor potenţiale locale în membrana postsinaptică.

Modificările de polaritate produse în membrana postsinaptică diferă după tipul sinapsei: inhibitorie sau excitatorie.

d. Inactivarea mediatorului chimic în vederea eliberării receptorilor.Imediat după exercitarea acţiunii lor în membrana postsinaptică, mediatorii chimici sunt

inactivaţi şi îndepărtaţi în mai multe moduri:- prin desprindere de receptori şi îndepărtare în afara spaţiului sinaptic;- prin scindare de către enzimele specifice;- prin recaptare în butonul sinaptic pentru reutilizare.2.9.Mecanismul de acţiune a mediatorilor chimici în sinapsele excitatorii şi inhibitorii.Există mediatori chimici excitatori (noradrenalina, acetilcolina, dopamina etc.) şi mediatori

chimici inhibitori (glicina, GABA). Sinapsele se împart astfel în: excitatorii şi inhibitorii.In sinapsele excitatorii, mediatorii chimici se fixează pe receptori specifici şi declanşează

activarea proteinei G, apoi activarea adenilatciclazei, care va transforma ATP-ul în AMPc. AMP-ul ciclic produce modificări conformaţionale ale canalelor de Na şi declanşează deschiderea acestora. Alteori, mediatorul chimic se fixază direct pe un situs al canalului de Na şi determină deschiderea acestuia. Intrarea Na în celula postsinaptică determină o depolarizare locală, cunoscută sub denumirea de potenţial postsinaptic excitator (PPSE).

5


In sinapsele inhibitorii, mediatorii chimici declanşează deschiderea canalelor de potasiu. Ca urmare a ieşirii potasiului din celula postsinaptică, se produce o hiperpolarizare locală, cunoscută ca potenţial postsinaptic inhibitor (PPSI).

3. Simulare experimente (CD – Luprafisim):

3.1. Se va demonstra importanţa menţinerii integrităţii funcţionale a nervului.3.2. Se va evidenţia timpul de latenţă şi viteza conductibilităţii nervoase în fibrele nervoase de tip A (mielinizate, groase); de tip B (mielinizate subţiri) şi de tip C (amielinizate).

Cerinţe LP4:

1. Reprezentaţi schematic excitabilitatea neuronală, potenţialele locale în neuron, perioada refractară a excitabilităţii neuronale.2. Reprezentaţi schematic conductibilitatea în fibra nervoasă amielinizată şi mielinizată.3. Desenaţi elementele funcţionale ale unei sinapse.4. Enumeraţi etapele funcţionării unei sinapse.5. Descrieti experiemntul 3.1. Notaţi rezultatele privind sensibilitatea nervului la acţiunea unor substanţe şi a temperaturii scăzute (timp de latenţă; viteză de conducere).6. Descrieti experiemntul 3.2. Notaţi rezultatele privind viteza conducerii influxului nervos în cele 3 tipuri de fibre supuse stimulării.

6

lp4 (1)

Documents