Elemente De Neuro-fiziologie

Ministerul Educaţiei Naţionale Universitatea “Vasile Alecsandri” din Bacău Departamentul pentru Învăţământ la Distanţă şi Învăţământ cu Frecvenţă Redusă Adresa: Str. Mărăşeşti Nr.157, Bacău, România Tel./Fax: (+4) – 0234/517.715 web: www.ub.ro

FACULTATEA DE ŞTIINŢE ALE MIŞCĂRII, SPORTULUI ŞI SĂNĂTĂŢII SPECIALIZAREA KINETOTERAPIE ŞI MOTRICITATE SPECIALĂ

ELEMENTE DE NEURO-FIZIOLOGIE

AUTOR: LECTOR. UNIV. DR. DOBRECI DANIEL-LUCIAN

Curs pentru studenţii anului II

2

OBIECTIVELE DISCIPLINEI 1. Îmbunătăţirea modului de utilizare a materialului intuitiv din cadrul cursului de neurofiziologie; 2. Capacitatea de exemplificare a diferitelor forme de manifestare ale feed-back-ului organismului uman în situaţii fizilogice şi patologice; 3. Posibilitatea de definire şi utilizare corectă a sensurilor unor termeni ştiinţifici de specialitate, pentru asigurarea înţelegerii adecvate a reacţiilor de răspuns din partea organismului în diferite condiţii. 4. Abilitarea studenţilor cu cunoştinţe teoretice privind definirea şi conţinutul noţiunilor operaţionale generale şi specifice cu care se operează în cadrul disciplinei, în vederea formării competenţei generale de a opera cu terminologia domeniului. 5. Formarea unui bogat bagaj de cunoştinţe teoretico-metodice privind aspectele neurofiziologiei în Kinetoterapie, necesar formării complexe a viitorului specialist, pentru a-şi dezvolta competenţele necesare aplicării corecte şi eficiente a programelor de recuperare.

COMPETENŢE ASIGURATE PRIN PARCURGEREA DISCIPLINEI 1. Studenţii trebuie să posede cunoştinţe teoretice privind definirea şi conţinutul noţiunilor operaţionale generale şi specifice cu care se operează în cadrul disciplinei. 2. Studenţii trebuie să-şi formeze un bogat bagaj de cunoştinţe teoretice privind modalităţile de acţionare şi reglare a sistemului nervos atât în situaţii fiziologice dar şi patologice, necesar formării complexe a viitorului specialist în kinetoterapie.

FOND DE TIMP ALOCAT, FORME DE ACTIVITATE, FORME DE VERIFICARE, CREDITE Forma de activitate

Număr ore semestru

Număr credite

Lucrare practică Studiu individual Verificare finală

14 61 Examen

1,5 1,5 Validare total credite: 3

STABILIREA NOTEI FINALE Forma de verificare (Examen, Colocviu, Verificare pe Examen parcurs) NOTARE

Modalitatea de susţinere (Scris şi Oral, Oral, Test grilă, etc.) TG + oral Răspunsuri la examen Evaluarea pe parcurs a activităţii la seminar Teme de control TOTAL PUNCTE SAU PROCENTE

Puncte sau procentaj 5 (50%) 2 (20 %) 3 (30%) 10 (100%)

3

TIMP MEDIU NECESAR PENTRU ASIMILAREA FIECĂRUI MODUL Nr. Crt. 1

2 3 4 5 6 7

Denumire modul Obiectul, conţinutul şi metodele de studiu ale neurofiziologiei. Locul şi importanţa neuro-fiziologiei în pregătirea viitorului licenţiat în kinetoterapie şi motricitate specială. Proprietăţile funcţionale ale neuronilor. Transmiterea sinaptică, Placa neuro-motorie. Neuro-fiziologia contracţiei şi relaxării musculare, Neuro-fiziologia fusul muscular. Neuro-fiziologia organului de tendon (Golgi), Neurofiziologia formării engramelor motorii. Electromiografia – noţiuni generale, Fiziologia sistemului endocrin, Neuro-fiziologia măduvei spinării. Neuro-fiziologia trunchiului cerebral, Neuro-fiziologia cerebelului, mezencefalului şi diencefalului, Neurofiziologia emisferelor cerebrale. Verificare practică

Timp total necesar

Timp mediu necesar SI Lp Total 5

1

6

5

1

6

5

1

6

5

1

6

5

2

7

26

6

32

10 61

2 14

12 75

INSTRUCŢIUNI PENTRU PARCURGEREA RESURSEI DE ÎNVĂŢĂMÂNT Prezenta resursă de învăţare conţine toate informaţiile necesare însuşirii cunoştinţelor teoretice şi practice referitoare la fiziologia sistemului nervos uman. Conţinutul este structurat în module, în cadrul fiecărui modul regăsindu-se unul sau mai multe unităţi de studiu, în aşa fel încât să eşaloneze şi să faciliteze parcurgerea materialului şi însuşirea sa. Pentru parcurgerea resursei de învăţământ se recomandă următoarea succesiune : 1. Citirea, cu atenţie, a fiecărei unităţi de studiu şi, consultarea recomandărilor bibliografice în legătură cu aceasta. 2. Parcurgerea rezumatului fiecărei unităţi de studiu. 3. Rezolvarea temelor de autoevaluare (pentru fiecare unitate de studiu). 4. Rezolvarea testului de autoevaluare (pentru fiecare modul). 5. Pregătirea schemei de discuţie pentru lucrările-practice.

4

Modulul I. Neuronul. Transmiterea sinaptică Scopul modulului 

Înţelegerea noţiunilor privind neuro-fiziologia celulei nervoase (neuronului).

Obiective operaţionale   

Însuşirea noţiunilor de anatomie, precum şi modului de funcţionare a neuronului. Cunoaşterea modalităţilor transmitere a informaţiilor la nivel interneuronal, sau de la neuroni alte structuri ale organismului. Rolul neuronului în realizarea homeostaziei mediului intern cu cel extern şi a mediului intern cu cel intern.

Unitatea de studiu I.1. Noţiuni de anatomie şi neuro-fiziologie a neuronului Neuronul este o celulă cu o structură înalt specializată pentru recepţionarea şi transmiterea informaţiei. Din punct de vedere structural neuronul prezintă un corp celular (soma sau pericarionul) şi numeroase prelungiri unele scurte şi ramificate, numite dendrite, şi o prelungire mică, de obicei mai lungă, ramificată în zona terminală, denumită axon.

Figura nr. 1 – Anatomia neuronului (www.descopera.org) Neuronii sunt celule prevăzute cu prelungiri abundente, de lungimi variabile, uneori extrem de mari, şi sunt celule specializate în transmiterea rapidă a informaţiei, prin conducerea impulsurilor electrice şi eliberarea de neurotransmiţători. Impulsurile electrice se propagă de-a lungul fibrei nervoase spre zona lor terminală, unde iniţiază o serie de evenimente care declanşează eliberarea mediatorilor chimici. Propagarea potenţialului de acţiune, eliberarea mediatorilor chimici şi activarea receptorilor membranei neuronale cu care vine în contact,

5

constituie mecanisme, prin care neuronii comunică între ei, transmit unul altuia informaţii, dar comunică şi cu organele efectoare (muşchi, glande) sau cu organele receptoare. Neuronii au dimensiuni foarte variate. Unii au dimensiuni foarte mari, care variază între 100 şi 200 μm aşa cum sunt celulele piramidale din scoarţa cerebrală, motoneuronii din coarnele ventrale ale măduvei spinării, neuronii Purkinje din scoarţa cerebeloasă. Alţi neuroni au dimensiuni foarte reduse cum sunt de exemplu neuronii din stratul granular al scoarţei cerebeloase, care ating dimensiuni de abia 4-8 μm. Clasificarea neuronilor se poate face după:  prelungiri,  lungime,  funcţii,  mediatorii chimici pe care îi sintetizează, etc.  

 



După numărul prelungirilor se deosebesc următoarele tipuri de neuroni: neuronii multipolari care reprezintă majoritatea celulelor nervoase. Au o formă stelată, cu numeroase prelungiri şi cu nucleu mare, sferic, situat central. Ei pot fi motori sau senzitivi, situaţi în interiorul sau în afara sistemului nervos central. neuronii bipolari, de formă ovalară sau fusiformă, se caracterizează printr-o prelungire la nivelul fiecărei extremităţi. Nucleul lor este ovalar şi adesea situat excentric. Neuronii aceştia îi întâlnim în retină, în ganglionii Scarpa şi în cel a lui Corti. Neuronii simpatici sunt adesea de tip bipolar. neuronii unipolari sunt rari, prezintă o unică prelungire axonală cum sunt celulele cu bastonaş şi con din retină. neuronii pseudounipolari caracterizează ganglionii rahidieni sau spinali. Sunt celule sferice cu nucleu mare, rotund, dispus central. Au o prelungire unică iniţial care se divide în două ramuri: una periferică şi cealaltă centrală. Aceşti neuroni sunt atipici prin faptul că au o singură prelungire de obicei foarte lungă şi mielinizată, considerată a fi un axon modificat. Ei sunt neuroni lipsiţi de dendrite (neuronii senzitivi din ganglionii spinali sau cerebrali), neuroni lipsiţi de axoni cum sunt celulele orizontale şi amacrine din retină.

Figura nr. 2 – Tipuri de neuroni după numărul de prelungiri (www.superagatoide.altervista.org) Din punct de vedere funcţional neuronii se împart în:  neuroni motori sau eferenţi, sunt de obicei celule mari, multipolare, cu axon lung. Din acest grup fac parte celulele piramidale ale scoarţei şi neuronii piramidali din cornul anterior al măduvei;  neuronii de asociaţie sau interneuronii sunt mici, adesea multipolari şi uneori bipolari: 6

 neuronii senzitivi aferenţi sau receptori sunt de tip pseudounipolari fiind reprezentaţi de celulele din ganglionii spinali (ganglionii rahidieni) şi în ganglionii nervilor cranieni.

Figura nr. 3 – Tipuri de neuroni din punct de vedere funcţional (www.my-personaltrainer.it) Din punct de vedere anatomo-funcţional, neuronul poate fi împărţit în trei zone principale:  Regiunea receptoare, specializată pentru recepţionarea şi procesarea informaţiei. Este reprezentată de ramificaţiile dendritice şi de corpul celular. În această zonă neuronul realizează contactul cu alt neuron prin sinapse. Deci această zonă a neuronului este dotată cu receptori specifici pentru neurotransmiţători. Pragul său de depolarizare este mare şi de obicei la nivelul acestei zone nu se formează potenţiale de acţiune.  Regiunea conducătoare face legătura dintre regiunea receptoare şi cea efectoare a neuronului. Este reprezentată de prelungirea axonică, de la locul în care aceasta iese din corpul celular, zonă denumită conul axonic sau hilul axonilor şi se întide până la arborizaţia terminală a axonului. Membrana acestei zone este bogată în canale ionice activate electric denumite voltaj-dependente. Aici ia naştere potenţialul de acţiune prin sumarea potenţialelor locale generate în zona recepoare. Potenţialul de acţiune se propagă apoi până la capătul distal al axonului supunându-se legii “totul sau nimic”.  Regiunea efectoare este reprezentată după butonii terminali ai axonului. Informaţia propagată de-a lungul regiunii conducătoare, sub formă de potenţial de acţiune ajunge în regiunea efectoare unde este recodificată în semnal chimic şi apoi transmisă regiunii receptoare a neuronului următor. Structura neuronului Corpul celular şi dendritele, ce sunt acoperite de o membrană plasmatică denumită neurilema, iar axonul este învelit de axolemă. Membrana joacă un rol esenţial în funcţia de excitaţie şi conducere a neuronului, prezintă o organizare moleculară sub forma unui mozaic lichidian (Singer şi Nicolson), fiind o membrană permeabilă selectiv pentru ioni şi din acest motiv încărcată electric. În această zonă a neuronului, canalele ionice joacă rol pentru difuziunea ionilor dinspre citoplasmă în exterior sau invers. Aceste canale sunt activate electric deci voltajdependente. În plus, se întâlnesc şi canalele ligand-dependente, care sunt legate de proteine cu rol de receptor pentru mediatorii chimici, având în vedere că membrana de la nivelul acestei zone joacă rolul de membrană postsinaptică. Reticulul endoplasmic neted este implicat în depozitarea Ca++ intracelular şi menţinerea lui la o concentraţie constantă în citoplasmă la 10-7 moli. Dacă Ca++ intracitoplasmatic creşte peste această valoare duce la degradarea şi moartea neuronului. În corpul celulelor întâlnim de asemenea aparatul Golgi. El este mai dezvoltat în neuronii cu proprietăţi secretoare de hormoni cum sunt mai ales neuronii hipotalamici. 7

Citoscheletul neuronilor este format din microfilamente, neurofilamente şi microtubuli. Microfilamentele se găsesc mai ales în dendrite şi sunt formate din actină. Neurofilamentele se găsesc atât în dendrite cât şi în axoni. Ele conferă rigiditatea şi menţinerea formei neuronale. Microtubulii sunt responsabili de transportul rapid al substanţei prin dendrită, dar mai ales prin axon. Ei sunt formaţi din proteine numite proteine asociate microtubulilor. Dendritele au proteine asociate microtubulilor cu greutate moleculară mare iar axonii proteine cu greutate mică. Aceste proteine asociate microtubulilor sunt responsabile de distribuţia materialului în dendrite şi axoni. Proteinele neurofilamentelor au proprietatea de a pune în mişcare sistemul de microtubuli. Cele două structuri, microtubilii şi neurofilamentele, formează un tot unitar denumit neurofibrile, cel de al doilea organit specific al neuronului după corpusculii Nissl. Aceste organite pe lângă rolul lor structural îndeplinesc un rol de transport al proteinelor, veziculelor cu mediator chimic şi al materialelor necesare pentru menţinerea integrităţii structurale şi funcţionale a neuronului. În corpul celular al neuronului se întâlnesc numeroase mitocondrii ce furnizează ATP-ul ca substrat energetic sintezei de proteine şi mediatorilor chimici. Dar cea mai mare densitate de mitocondrii se află în regiunea terminală a axonului, în butonii terminali, unde ele furnizează pe de o parte energia necesară transmiterii sinaptice şi pe de altă parte furnizează substrate pentru sinteza unor substanţe cu rol de neurotransmiţători. Axonul, prelungirea unică, lungă, denumit şi fibră nervoasă conduce centrifug potenţialul de acţiune, influxul nervos, generat în conul axonic prin sumarea potenţialelor locale, care au luat naştere în porţiunea receptoare a neuronului. Axonii neuronilor sunt organizaţi în căile de conducere ascendente şi descendente din sistemul nervos central şi în nervii periferici. Spre deosebire de dendrite, axonii sunt ramificaţi numai la capătul periferic unde se întâlnesc arborizaţiile terminale care au butoni terminali la capete. Aceste formaţiuni ale axonului sunt implicate în transmiterea sinaptică pe cale chimică. Această parte alcătuieşte porţiunea efectoare a neuronului. Ele prezintă membrana presinaptică care vine în contact fie cu zona receptoare a altui neuron fie cu organele efecteoare (glande sau muşchi). Axonul este învelit de axolemă care la rândul său este învelită la unii neuroni de trei teci: teaca de mielină, teaca celulelor Schwann şi teaca lui Henle. Teaca Henle se află la exterior şi este de natură conjunctivă. Ea asigură nutriţia, protecţia şi legătura dintre fibrele neuronale. Sub ea se află teaca lui Schwann formată din celule gliale numite celule Schwann, care aderă de axolemă şi se răsuceşte în jurul axonului secretând mielina. Teaca de mielină este un înveliş de natură lipoproteică, fiind cosiderată ca unul din cei mai perfecţi izolatori electrici cunoscuţi. Teaca de mielină este întreruptă din loc în loc la nivelul strangulaţiilor sau nodulilor Ranvier. Spaţiul dintre două noduri Ranvier numit spaţiu internodal este de dimensiune constantă pentru aceeaşi fibră. Teaca de mielină se formează datorită rulării în spirală a celulelor Schwann din care dispare citoplasma şi rămân membranele celulare şi mielina. La mamifere, căile motorii se mielinizează mult mai târziu, în uter mişcările fătului sunt relativ reduse, astfel la om fibrele motorii încep să-şi secrete teaca de mielină în a doua lună de viaţă extrauterină. Mai întâi începe mielinizarea căilor extrapiramidale, apoi a celor piramidale. Procesul de mielinizare se încheie în jurul vârstei de 2 ani, când copilul are deja un mers sigur. Fibrele nervoase amielinice numite fibrele Remach sunt lipsite de mielină sau un strat foarte subţire de mielină. Ele au un diametru în general redus şi sunt acoperite de celulele Schwann care frecvent sunt comune pentru mai mulţi axoni învecinaţi. Celulele gliale Neuronii nu sunt singurele celule care populează sistemul nervos central, în sistemul nervos central sunt de asemenea aşa numitele celule gliale care alcătuiesc nevroglia. Ele alcătuiesc ţesutul interstiţial al sistemului nervos central şi sunt mai numeroase decât neuronii de 10-50 de ori. Aceste celule nu posedă axoni şi nu fac contacte sinaptice între ele. Membrana a două celule gliale adiacente fuzionează şi formează aşa numitele “gap junctions” adică 8

joncţiunea de mare conductanţă ionică. Celulele gliale posedă capacitatea de a se divide în decursul vieţii. Au fost identificate trei tipuri de celule gliale:  Astrocitele constitue astroglia. Ele înconjoară vasele sanguine cerebrale. Astrocitele formează cea mai mare clasă de celule neexcitabile din SNC. Se disting două tipuri de astrocite: astrocitele protoplasmatice situate în substanţa cenuşie şi astrocitele fibroase dispuse mai ales în substanţa albă. Deoarece astrocitele se interpun între capilarele cerebrale şi neuronii cerebrali, li s-a atribuit o funcţie de transport specială. Numeroşi cercetători sunt de părere că astrocitele reprezintă bariera hematoencefalică reală. Bariera hematoencefalică reprezintă un mecanism homeostatic cerebral de mare importanţă în funcţionarea sistemului nervos central. Astrocitele servesc drept canale de transport între vasele sanguine şi neuroni, având deci rol simbiotic în metabolismul celular. Astrocitele joacă rol de asemenea în conducerea impulsului nervos şi în transmiterea sinaptică. La nivelul sinapselor GABA-ergice şi glutamat-ergice celulele gliale joacă rol în inactivarea acidului gamaaminobutilic şi a glutamatului, prin captarea acestuia de la nivelul fisurii sinaptice. După captare mediatorii sunt inactivaţi şi convertiţi în glutamină, care apoi sunt transportaţi în butonul presinaptic şi utilizaţi în sinteza GABA şi glutamatului care sunt incorporaţi în vezicule presinaptice şi utilizaţi ca mediatori chimici ai acestor sinapse.Astrocitele radiare, acţionează ca o reţea, ca un eşafodaj, care permite migrarea neuronilor în cursul neurogenezei, de la punctul lor de origine embrionară spre destinaţiile lor finale.  Oligocitele formează oligorendroglia şi sunt celule formatoare de mielină la nivelul SNC, fiind echivalentul celulelor Schwann din fibrele nervoase periferice.  Microcitele formează microglia care face parte din sistemul reticuloendotelial. Microcitele au origine din monocitele sanguine care părăsesc vasul şi se fixează în ţesuturi. Ele deţin rol fagocitar, având rol în apărarea imună a SNC împotriva agenţilor bacterieni, virali sau a celulelor proprii distruse sau moarte, curăţind terenul în vederea cicatrizării. Propritățile funcționale ale neuronului Neuronii reprezintă celule specializate în recepţionarea stimulilor din mediu, conducerea impulsurilor spre organele centrale precum şi în transmiterea comenzilor spre organele efectoare. Neuronii prezintă următoarele proprietăţi importante: excitabilitatea, conductibilitatea, degenerescenţa, regenerarea şi activitatea sinaptică. Excitabilitatea Excitabilitatea este proprietatea neuronilor sau a oricărei celule vii de a intra în activitate sub influenţa unui stimul. Excitabilitatea este datorată structurii membranei celulare. Prin stimul se înţelege modificarea bruscă a energiei din preajma membranei plasmatice, care măreşte dintro dată permeabilitatea membranei celulare pentru ionii de Na+. Stimulii pot fi electrici, mecanici, termici, chimici etc. Reacţia de răspuns a ţesuturilor la un stimul poartă numele de excitaţie. Pentru ca stimulul să determine excitaţia, trebuie să îndeplinească anumite condiţii: Excitaţia apare numai sub acţiunea unor stimuli ce depăşesc o anumită intensitate. Intensitatea minimă a curentului care provoacă excitaţia, are valoare prag (valoare liminală). Stimulii cu intensitate sub valoarea prag sunt numiţi subliminali iar cei care depăşesc pragul, stimuli supraliminali. Variaţia de energie trebuie să aibă o creştere bruscă. In cazul creşterii lente şi progresive a intensităţii stimulului, ţesutul nu mai răspunde, chiar dacă se depăşeşte valoarea prag, întrucât are loc o acomodare a ţesutului la stimuli. Acomodarea se explică ca şi o creştere a pragului de excitabilitate a ţesutului în timpul stimulării. Înlăturarea fenomenului de acomodare se obţine prin folosirea unor stimuli electrici a căror intensitate creşte extrem de rapid. Pentru a declanşa excitaţia stimulul trebuie să realizeze o anumită densitate pe unitatea de suprafaţă. Aplicând pe un nerv doi electrozi, unul cu suprafaţă foarte mare, altul cu suprafaţă foarte mică, punctiformă şi lăsând să treacă un curent electric de aceeaşi intensitate vom observa 9

că excitaţia nervului va porni întotdeauna de la electrodul cu suprafaţă mică, deoarece creează o densitate mai mare pe unitatea de suprafaţă. Excitarea ţesuturilor depinde şi de durata stimulării, inclusiv stimulii supraliminali, a căror intensitate creşte brusc, dacă sunt aplicaţi o perioadă prea scurtă de timp, nu produce apariţia unei excitaţii. Excitaţia se traduce la periferie prin variaţii ale potenţialului electric al membranei neuronale. Potenţialul de repaus Celula vie, în stare de repaus, este polarizată electric, având sarcini pozitive la exterior şi negative la interior. Utilizând microelectrozi intracelulari s-a arătat că diferenţa între suprafaţa exterioară şi interioară a membranei celulare măsoară pentru muşchii striaţi, în repaus, -90 mV pentru celulele musculare netede –30 mV, pentru nervii neexcitaţi –70 mV. Diferenţa de potenţial al membranei celulare poartă numele de potenţial de repaus sau de membrană. La producerea potenţialului de repaus contribuie trei factori: transportul activ de Na+ şi K+, difuziunea ionilor şi echilibru Donnan la nivelul membranei neuronale. Transportul activ de Na+ şi K+ este datorat intervenţiei pompei ionice de Na+ şi K+ prin care sunt expulzaţi din celulă trei ioni de natriu (3Na+) şi captaţi doi ioni de potasiu (2K+). Deoarece se elimină din celulă mai multe sarcini pozitive decât pătrund, interiorul celulei se negativează. Prin mecanismul de transport activ se explică prima apariţie a potenţialului de membrană. Aceasta se realizează consecutiv instalării unor gradiente de concentraţie ionică de o parte şi de alta a membranei. Pompa de Na+ şi K+ este o pompă electrogenă şi este reprezentată de ATPaza Na+ şi K+ - dependentă fiind activată în urma descompunerii ATP în ADP şi eliberarea energiei necesare transportului. Difuziunea ionilor prin membrana celulară este inegală. Un prim factor îl reprezintă inegalitatea distribuţiei ionilor de potasiu şi sodiu de o parte şi de alta a membranei celulare. Această inegalitate a concentraţiei ionilor reprezintă unul din factorii care iniţiază difuziunea ionilor. Concentraţia extracelulară a Na+ este de 143 mEq/l iar în celulă de 14 mEq/l, în timp ce concentraţia intracelulară a K+ este de 155mEq/l iar în lichidul extracelular este de 5 mEq/l. Un al doilea factor îl constituie permeabilitatea inegală a membranei pentru diferiţii ioni. Permeabilitatea este de 50-100 mai mare pentru K+ decât pentru Na+. Din cauza concentraţiei intracelulare mai mare de K+ în comparaţie cu concentraţia sa extracelulară, K+ difuzează spre exterior de-a lungul gradientului de concentraţie. Ieşirea K+ din celulă conferă sarcini pozitive la suprafaţa membranei şi măreşte negativitatea în interior. Când interiorul celulei devine suficient de negativ pentru a împiedica difuziunea în continuare a K+, se ajunge la potenţialul de echilibru pentru K+. Potenţialul de repaus se schimbă în funcţie de concentraţia K+ extracelular, acumularea K+ intracelular nu poate fi explicată numai de acţiunea directă a pompei de ioni care pompează în interior doi ioni de K+ pentru trei de Na+ ieşiţi din celulă. Din cauza negativităţii create în interior de pompa electrogenă cationii de K+ sunt atraşi de la exterior la interior. La repartiţia inegală a ionilor de o parte şi de alta a membranei mai participă şi echilibrul de membrană a lui Donnan, acesta se produce din cauză că proteinele încărcate negativ nu pot părăsi celula şi determină încărcarea electrică negativă interioară a membranei şi astfel ionii pozitivi, care străbat cu uşurinţă membrana, cum este ionul de K+, se acumulează la suprafaţa membranei, conferindu-i sarcinile electrice la exterior. Potenţialul de acţiune Modificarea potenţialului de repaus ce apare după stimularea supraliminală a celulei, poartă numele de potenţial de acţiune. El constă în ştergerea diferenţei de potenţial dintre interiorul şi exteriorul celulei şi în încărcarea electrică inversă a membranei, pozitivă în interior şi negativă la exterior (până la aproximativ + 35 mV). Valoarea potenţialului ce depăşeşte valoarea zero se numeşte overshoot, apoi aceste valori sunt urmate de revenirea potenţialului spre valoarea de repaus. Creşterea şi scăderea rapidă a potenţialului se cunoaşte sub denumirea de potenţial de vârf sau spike potenţial şi durează în fibra nervoasă 0,5-1 ms. Revenirea potenţialului are loc 10

brusc până ce repolarizarea se face în proporţie de circa 70%, după care viteza de repolarizare încetineşte. O perioadă de circa 4 ms potenţialul rămâne deasupra nivelului de repaus, constituind postdepolarizarea sau postpotenţial negativ. După ce potenţialul a atins valoarea de repaus, se constată că el se subdenivelează (cu 1-2 mV) pentru un interval de 40-50 ms sau chiar mai mult, ceea ce reprezintă posthiperpolarizarea sau postpotenţialul pozitiv. Denumirile de postpotenţial negativ sau pozitiv s-au făcut pornind de la schimbările electrice survenite în timpul excitaţiei la suprafaţa externă a membranei neuronale. Apariţia potenţialului de acţiune este determinată de creşterea bruscă a permeabilităţii membranei celulare pentru Na+. Creşterea este de cca 5.000 ori. Modificarea permeabilităţii membranei celulare pentru Na+ şi K+ a fost apreciată prin măsurarea conductanţei pentru Na+ şi K+. Conductanţa reprezintă valoarea inversă a rezistenţei electrice a membranei şi se notează cu g. In faza de depolarizare creşte foarte mult conductanţa pentru Na+ (gNa+) iar în cea de repolarizare conductanţa pentru K+ (gK Factorul principal în producerea depolarizării membranei neuronale îl constituie deschiderea şi închiderea succesivă a canalelor de Na+ şi K+. Ele se caracterizează prin permeabilitatea selectivă şi prin prezenţa unor bariere sau porţi care pot închide sau deschide canalele. Barierele sunt nişte expansiuni ale moleculelor din structura proteică a canalului care prin schimbări conformaţionale permeabilizează ori blochează canalul. După modul cum pot fi acţionate barierele canalelor de Na+ şi K+ ele pot fi: canale voltaj-dependente când variaţiile de potenţial ale membranei induc modificări ale barierei şi determină fie deschiderea fie închiderea ei; sau canale ligand dependente când modificările conformaţionale ale proteinelor survin după cuplarea lor cu anumite substanţe. Substanţa care se fixează pe receptorii canalului ionic se numeşte ligand, în categoria liganzilor se încadrează mediatorii chimici sau hormonii. Canalul de Na+ are suprafaţa internă puternic încărcată negativ care atrage Na+ în interiorul canalului într-o măsură mai mare decât alţi ioni. Spre partea extracelulară a canalului se află o barieră de activare, iar pe partea intracelulară o barieră de inactivare. La potenţialul de repaus de –70 mV bariera de activare se află închisă iar cea de inactivare deschisă. Odată ce depolarizarea celulei ajunge de la –70 mV la –55 mV se produce schimbarea bruscă a conformaţiei proteice a bariera de activare şi se deschide canalul de sodiu. In consecinţă, ionii de sodiu năvălesc în celulă conform gradientului de concentraţie. În momentul potenţialului de vârf numărul canalelor de sodiu deschise depăşeşte de 10 ori pe cel al canalelor de K+, de aceea permeabilitatea membranei pentru Na+ creşte în timpul depolarizării de 5000 de ori. In faza de repolarizare, revenirea potenţialului de vârf la valoarea de repaus, produce închiderea barierei de inactivare. Modificările conformaţionale care închid bariera de inactivare se desfăşoară mult mai lent decât cele care deschid bariera de activare. Odată cu închiderea barierei de inactivare Na+ nu mai poate pătrunde în celulă şi potenţialul de membrană începe să revină spre valoarea de repaus. Redeschiderea barierei interne de inactivare are loc numai în momentul în care potenţialul de membrană atinge valoarea de repaus. Canalele de K+ nu prezintă încărcătură electrică negativă. In absenţa sarcinilor negative lipseşte forţa electrostatică care atrage ionii pozitivi în canal. Forma hidratată a K+ are dimensiuni mult mai mici decât forma hidratată a Na+, de aceea ionii hidrataţi de K+ pot trece cu uşurinţă prin canal pe când cei de Na+ sunt respinşi. Pe partea intracelulară a canalului de K există o singură barieră, închisă în perioada potenţialului de repaus. Membrana celulară, conţine însă în repaus un număr de aproximativ 9 ori mai multe canale pentru K+deschise faţă de cele pentru Na+, ceea ce înseamnă o conductanţă de 9 ori mai mare pentru K+ în comparaţie cu Na+. Depolarizarea celulei determină o modificare conformaţională lentă a barierei, cu deschiderea ei şi difuzarea K+ spre exterior. Din cauza încetinelii cu care se deschide canalul de K+ deblocarea lui are loc în acelaşi timp cu inactivarea canalelor de Na+, ceea ce accelerează procesul de repolarizare. La sfârşitul perioadei de repolarizare numărul canalelor de K+ deschise este de 15 ori mai mare decât a canalelor de Na+ deschise. 11

Prin urmare, în cinetica fluxurilor ionice prin canalele membranele trebuie să se ţină cont de faptul că fiecare canal odată activat rămâne deschis un anumit interval de timp după care se închide automat. Această constanţă de inactivare este caracteristică fiecărui tip de canal. Ionii de Ca++ participă la mecanismul de activare a canalelor de Na+ voltaj-dependente. Reducerea concentraţiei Ca++ în mediul extracelular scade pragul de declanşare al activării canalului, în timp ce creştere concentraţiei Ca++ tinde să stabilizeze canalul. Absenţa Ca++ duce la o creştere semnificativă a conductanţei Na+, deci la o creştere a excitabilităţii celulei. Mărirea permeabilităţii pentru Na+ se produce numai la acei stimuli care diminuă negativitatea potenţialului de repaus cu 15 mV, de la –70 la –55 mV. Stimulii subliminali determină deschiderea unui număr restrâns de bariere de activare a canalelor de Na+ şi membrana începe să se depolarizeze. In această situaţie membrana neuronală este facilitată, adică sensibilizată la acţiunea unui alt stimul subliminal. Stimularea subliminală care nu e în măsură să provoace un flux important de Na+ duce la modificări de potenţial cu caracter local. Acţiunea mai multor stimuli subliminali succesivi fie temporari, fie spaţiali se pot suma şi să dea naştere la potenţialul de vârf. Trecerea Na+ prin membrana celulară în timpul potenţialului de vârf se face pasiv, fiind dependentă exclusiv de gradientul de concentraţie. De aceea geneza impulsurilor nervosase nu este subordonată proceselor metabolice şi nu este consumatoare de energie. Restabilirea potenţialului de repaus are loc prin limitarea influxului de Na+ şi creşterea permeabilităţii pentru K+. Ionul de potasiu abandonând lichidul intracelular restabileşte echilibrul electric. Ieşirea K+ nu reuşeşte să readucă imediat potenţialul la valoarea de repaus. Ca urmare, după potenţialul de vârf urmează faza de postpolarizare sau postpotenţial negativ. In perioada potenţialului de vârf, depolarizarea se produce total, pe când la postpotenţialul negativ, repolarizarea celulei nu se face deplin. Posthiperpolarizarea sau postpotenţialul pozitiv se caracterizează prin acumularea de Na+ şi K+ la exterior şi creşterea numărului de sarcini negative în interior. Faza de posthiperpolarizare se explică prin intervenţia activă a pompelor de Na+ şi K+. Prin împiedicarea transportului activ de ioni, are loc o dispariţie a posthiperpolarizării, deşi potenţialul şi postdepolarizarea continuă să apară încă o perioadă de timp. Potenţialul de acţiune se supune legii “tot sau nimic”, adică un stimul supraliminal indiferent de intensitate, nu poate depăşi depolarizarea de 115 mV ( de la –70 mV la + 45 mV. Ca indicatori de măsurare a excitabilităţii se utilizează următorii parametri:  Reobază = intensitatea minimă a curentului, capabil să producă excitaţia într-un timp nedefinit.  Timp util principal = timpul în ms în care un curent rectangular de o reobază produce excitaţia.  Cronaxia reprezintă timpul în care un curent de două reobaze produce excitaţia. Acest parametru a fost introdus de Lapique în 1903. Determinarea cronaxiei constituie metoda de elecţie pentru stabilirea excitabilităţii relative a ţesuturilor excitabile. De exemplu cronaxia unei fibre mielinice groase A este de 0,1-0,2 ms; fibrele nervoase mielinizate subţiri 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 până la 20 ms. Cronaxia este invers proporţională cu excitabilitatea. Cu această metodă se poate explora tulburările transmiterii neuromusculare. In acest sens se măsoară cu un electrod ac introdus în muşchi, cronaxia la stimularea muşchiului respectiv. Dacă transmiterea neuronală este normală, valoarea cronaxiei măsurate transcutan este cea a fibrei mielinice groase. In cazul alterării inervaţiei motorii a muşchiului striat se obţin valori mai lungi ale cronaxiei peste 1 ms până la 100 ms. Conductibilitatea Conductibilitatea este proprietatea neuronului de a transmite impulsuri, aceasta se face diferit în fibrele amielinice şi mielinice.

12

Conductibilitatea în fibrele amielinice In acest tip de fibre, excitaţia se transmite din aproape în aproape, prin curenţi Hermann, care se răspândesc atât la suprafaţă cât şi în interiorul fibrei nervoase. O scădere a potenţialului de repaus cu 20 mV determină propagarea excitaţiei în ambele direcţii. Curenţii locali, care se produc în interiorul zonei excitate, acţionează asupra zonelor vecine, întocmai ca şi catodul, care a produs excitaţia. Aceasta va produce o depolarizare în imediata vecinătate, care va progresa, zona depolarizată, datorită pătrunderii inverse, din afara înăuntru a curentului este repolarizată în aşa fel că zona depolarizată avansează sub forma unei unde. Unda de depolarizare se propagă astfel în ambele sensuri, plecând de la catod. Viteza de transmitere a impulsurilor prin prelungirile amielinice variază direct proporţional cu diametrul fibrei. Conducerea în fibrele mielinice - fibrele mielinice au o conductibilitate mai mare datorită prezenţei tecii de mielină, conducerea impulsului nervos prin fibrele mielinice se face saltator, de la o strangulaţie Ranvier, la alta deoarece fibra mielinică are membrana liberă numai în zona nodulilor Ranvier. In regiunile internodale nu se produc scurgeri de curent prin membrană, din cauza tecii de mielină, izolatoare, ce are o rezistenţă electrică de 500 ori mai mare. Depolarizarea din zona nodulului Ranvier se datorează pătrunderii Na+ prin membrana înzestrată cu canale de Na+ de cca 200 ori mai multe decât în membrana fibrelor amielinice. Potenţialul de acţiune generat, se transmite fără întârziere ca şi un curent electric, de la nodul la nodul, atât prin lichidul extracelular cât şi prin axoplasmă. In zona nodulilor are loc o întârziere a conducerii din cauză că potenţialul de acţiune trebuie să atingă un anumit prag, pentru a provoca excitaţia. Variaţia potenţialului este suficient de mare pentru a depolariza şi strangulaţiile următoare, deci transmiterea saltatorie are un grad de siguranţă chiar dacă sunt excluse multe strangulaţii Ranvier, producând transmiterea potenţialului de-a lungul întregii fibre. Avantajul conducerii saltatorii constă în: 1. transmiterea mai rapidă a influxului nervos de cca de 50 ori mai iute decât cea mai rapidă fibră amielinică; 2. consumul mai redus de energie, întrucât se depolarizează numai zona restrânsă a strangulaţiei Ranvier şi 3. pierderile de ioni sunt de câteva sute de ori mai mici. Legile conductibilităţii neuronale. Legea integrităţii neuronului - neuronul distrus chiar parţial nu mai conduce excitaţia. Legea conducerii izolate - excitaţia transmisă de o fibră nu trece în fibra alăturată. Legea conducerii indiferente - impulsurile se transmit prin neuroni şi prelungirile sale în ambele direcţii. Legea conducerii nedecremenţiale - transmiterea influxului nervos se face fără scăderea amplitudinii potenţialului de acţiune pe tot parcursul fibrei nervoase, deoarece intervin procesele biologice în mecanismele conductibilităţii. Clasificarea fibrelor nervoase în funcţie de viteza de conducere Înregistrând potenţialul de acţiune într-un nerv mixt (spre exemplu nervul sciatic) la distanţă faţă de locul de stimulare se obţine un potenţial de acţiune compus, având mai multe deflexiuni care se înscriu sub forma electronervogramei. Deflexiunile se datorează conducerii impulsurilor cu viteză inegală prin fibrele ce alcătuiesc nervul. In funcţie de structură, fibrele se împart în: fibre mielinice A şi B şi fibre amielinice C (vezi tabelul nr. 1). Tipul de fibră Diametrul (μm) Viteză (m/s) Funcţia fibrei Mielinic Aα 10 – 20 60 – 120 Motoneuronii α, Proprioreceptorii Mielinică Aβ 7 – 15 40 – 90 Exteroreceptorii tactili şi presoreceptorii Mielinică Aγ 4–8 30 – 40 Motoneuronii γ Mielinică Aδ 2,5 – 5 15 – 25 Receptorii durero şi Termoreceptorii Mielinică B 1–3 3 – 14 Fibre vegetative preganglionare Răspuns reflex dureros Amielinică C sub 1 0,5 – 2 Fibre vegetative postganglionare Tabel nr. 1 – Împărțirea fibrelor nervoase în funcţie de structură

13

Fibrele A la rândul lor, în raport de grosime se clasifică în fibre alfa, beta, gama şi delta. Diametrul lor variază de la 1 la 20 m, iar viteza de conducere între 5 m/s şi 120 m/s (alfa =  10-20 m ; 60-120 m/s; beta =  7-15 m, 40-90 m/s; gama =  4-8 m, 30-40 m/s; delta =  2,5 – 5 m, 15-25 m/s. Astfel de fibre sunt ataşate motoneuronilor şi proprioceptorilor. Tipul B cu diametrul de 1-3 m şi viteză de conducere de 3-14 m/s sunt fibre preganglionare vegetative. Fibrele C, amielinice cu diametrul sub 1 m cu viteză de conducere de 0,5-2 m/s, formează fibrele postganglionare vegetative şi nervii senzitivi ce conduc durerea.

Autoevaluare 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Ce este neuronul şi care sunt criteriile după care sunt clasificaţi? Câte tipuri de neuroni cunoaşteţi? Care este structura neuronului? Ce sunt celulele gliale şi de câte tipuri sunt? Care sunt proprietăţile neuronului? Ce este excitabilitatea neuronului? Ce este conductibilitatea neuronului?

Unitatea de studiu I.2. Neuro-fiziologia sinapsei Informaţia este transmisă la nivelul SNC printr-o înlănţuire de neuroni. În timpul transmiterii impulsurilor SNC, ele pot fi:  blocate;  transformate din impuls unic în impulsuri repetate (salve de impulsuri) sau,  integrate cu impulsurile provenite de la alţi neuroni, determinând în neuronii succesivi un model complicat de impulsuri. Toate aceste funcţii pot fi clasificate ca funcţii sinaptice (figura nr. 10). Sinapsele pot fi chimice sau electrice.

Figura nr. 4 – Prezentare schematică a unei sinapse (www.medicalstudent.ro) Anatomia funcţională a sinapsei chimice neuro-neuronale Sinapsa neuro-neuronală reprezintă zona unde are loc transmiterea informaţiei de la un neuron la altul. La acest nivel cei doi neuroni intră în contiguitate, axonul unuia din ei (neuronul presinaptic) terminându-se pe corpul celulei, dendritele sau axonul celuilalt neuron (neuron postsinaptic) prin nişte butoni sinaptici. În funcţie de zona neuronului postsinaptic cu care se realizează contactul, sinapsele pot fi (figura nr. 11):  axodendritice, 14

 axosomatice sau  axoaxonice.

Figura nr. 5 – Tipurile de sinapse în funcţie de neuronul postsinaptic (www.rincondelvago.com) Au mai fost descrise şi alte tipuri de sinapse, cum ar fi:  dendrodendritice,  dendrosomatice,  somatodendritice,  somatosomatice. Neuronii diferă prin forma şi mărimea corpului celular, dimensiunile şi numărul dendritelor, dimensiunea axonului, numărul terminaţiilor presinaptice la nivelul unui singur neuron, care pot oscila între 100 şi câteva mii, din care circa 80-90% sunt localizate de dendrite iar restul pe soma sau axon. Toate aceste diferenţe fac ca neuronii din diverse zone ale SNV să reacţioneze la impulsurile aferente intr-un mod diferit şi să efectueze funcţii diferite. Forma sinapselor chimice este foarte diferită. Sub aspect funcţional, toate tipurile de sinapse chimice prezintă următoarele părţi comune (figura nr. 12):  înainte de joncţiune axonul dobândeşte o formă de buton (buton sinaptic). Butonul sinaptic conţine 2 structuri caracteristice, având rol în transmiterea impulsului - vezicule sinaptice si mitocondrii. Veziculele conţin mediatorul chimic excitator sau inhibitor, iar mitocondriile generează ATP-ul necesar resintezei mediatorului, care trebuie refăcut foarte rapid, deoarece cantitatea de mediator depozitată în vezicule poate să fie consumată în câteva secunde sau minute, în funcţie de activitatea sinaptică. Sinteza mediatorului (neurotransmiţătorului) are loc atât la nivelul somei neuronale, cat şi la nivelul terminaţiei butonate. Referitor la stocarea mediatorului chimic, se consideră că veziculele sinaptice ar reprezenta sediul unic al stocurilor presinaptice. Cercetările recente pe sinapsa gigantă din organul electric al unor peşti, au dus la găsirea unor stocuri citoplasmatice de mediator. În acest sens se descrie un compartiment stabil (de „depozit”), care cuprinde mediatorul de rezervă ce se eliberează mai târziu în cursul stimulării. Al doilea compartiment ar fi reprezentat de compartimentul labil, conţinând mediatorul imediat disponibil în momentul stimulării.  Între membrana pre şi postsinaptică există un spaţiu sinaptic (fanta sinaptică), de 200-300 A, în care au fost puse în evidenţă nişte filamente ce asigură adezivitatea regiunii sinaptice şi ar reprezenta un sistem de ghidaje pentru moleculele de mediator care îl traversează.  Regiunea postsinaptică reprezintă o porţiune diferenţiată a membranei şi citoplasmei periferice a elementului postsinaptic. Membrana postsinaptică este, în general, mai densă electronooptic şi conţine structuri receptoare caracterisice mediatorului.  Eliberarea mediatorului. Când potenţialul de acţiune ajunge la nivelul butonului terminal, depolarizarea butonului determină golirea unui număr de vezicule în spaţiul sinaptic. Mediatorul eliberat, acţionând asupra receptorului de pe membrana postsinaptică, induce la acest nivel modificări de permeabilitate caracteristice receptorului dat. Rolul ionilor de Ca2+ în eliberarea mediatorului - Depolarizarea membranei butonului terminal determină, în afara pătrunderii Na+, şi un influx masiv de Ca2+. Ionii de Ca2+ din mediul 15

extracelular pătrund în oarecare măsură prin canalele de Na+ voltaj-dependente, deschise de potenţialul de acţiune. Majoritatea calciului pătrunde însă prin canale specifice de Ca2+ voltaj-dependente, care se deschid cu o oarecare latenţă.

Figura nr. 6 – Transmiterea sinaptică la nivelul unei sinapse chimice (www.medicalplace.com) Acţiunea mediatorului asupra neuronului postsinaptic. Rolul receptorilor La nivelul membranei postsinaptice există un mare număr de proteine receptoare. Aceşti receptori au două componente importante:  O componentă de cuplare, care pătrunde în spaţiul sinaptic, prin care se cuplează cu mediatorul ajuns în spaţiul sinaptic şi,  O componentă ionoforă, care străbate membrana pătrunzând în interiorul neuronului postsinaptic. Ionoforul poate fi de două feluri: a) canale ionice activate chimic şi b) o enzimă ce activează un sistem metabolic intracelular. Receptorul combinat cu un canal ionic se numeşte receptor de tip „ionotrop”, iar cel combinat cu o enzima se numeşte metabotrop (Eccles, 1987). Canalele ionice activate chimic sunt de 3 tipuri:  canale de Na+, care permit fluxul cu precădere a ionului de Na+, dar într-o oarecare măsură şi a ionului de K+;  canale de K+, care permit fluxul în special al K+ şi  canale de Cl-, care permit trecerea ionului de Cl-. Deschiderea canalelor de Na+ excită neuronul. Deci, mediatorul care deschide canalele de + Na se numeşte mediator excitator. Pe de altă parte deschiderea canalelor de K+ sau de Clinhibă neuronul, iar mediatorul care deschide aceste canale, se numeşte mediator inhibitor. Sinapsele inhibitoare din SNC Pot exista două tipuri diferite de inhibiţii sinaptice:  inhibiţie postsinaptică şi  inhibiţie presinaptică. Inhibiţia postsinaptică rezultă în urma secreţiei unui mediator inhibitor (GABA, glicocolul etc.).Terminaţiile presinaptice inhibatoare provin de la unii neuroni ai formaţiei reticulate, unii neuroni intercalari medulari, celulele Renshaw etc. Mediatorul inhibator determină creşterea permeabilităţii pentru ioni de K+ şi Cl-.Ca urmare, datorită efluxului de K+ şi în special a influxului de Cl-,se instalează hiperpolarizarea membranei, ceea ce face ca potenţialul de repaus să scadă de la -65 mV la -70 mV, deci cu 5 mV mai negative comparative cu starea de repaus. Acest potenţial de -5 mV se numeşte potenţial postsinaptic inhibitor (PPSI). El persistă,ca şi PPSE, timp de 15-20 ms. Inhibiţia presinaptică- la acest tip de inhibiţie nu apar modificări ale permeabilităţii membrane postsinaptice, ci ea apare ca urmare a diminuării secreţiei de mediator de către terminaţia presinaptică a sinapsei excitatorii. Inhibiţia presinaptică apare prin activarea sinapselor axo-axonice. Fenomenul de inhibiţie prezintă o importanţă deosebită pentru funcţionarea normală a SNC. SNC este bombardat continuu de un număr mare de impulsuri sosite prin fibrele senzitive 16

a nervilor. Dacă n-ar exista posibilitatea de inhibare a unora din aceste impulsuri, creierul s-ar afla într-o stare de excitaţie continuă, cu consecinţe nefaste pentru organism. Prin intervenţia inhibiţiei sunt blocate semnalele, care nu prezintă importanţă în momentul respectiv. Inactivarea mediatorului chimic Inactivarea mediatorului este procesul prin care se realizează scoaterea din circulaţie a mediatorului eliberat, în vederea reluării ciclului la stimulul următor. Viteza deosebit de mare cu care se realizează acest proces presupune existenţa unor mecanisme multiple. Acestea sunt:  Inactivarea postsinaptică ce este realizată cu ajutorul enzimelor hidrolizante din membrane postsinaptică. Aceste enzime, plasate de regulă în imediata apropiere a receptorilor, desfac complexul mediator-receptor pe măsură ce acesta se formează.  Captarea postsinaptică - o parte din mediatorul eliberat difuzează în mediul extracelular, unde este inactivat de enzime hidrolizante cu sediul extracelular sau captat de celule extrasinaptice (nevroglii,celule muscular etc.).  Recaptarea - elementul nervos presinaptic captează o parte din mediatorul eliberat în vederea reutilizării sau inactivării. Recaptarea se observă bine în cazul sistemului nervos simpatic pentru recaptarea noradrenalinei. Gradul în care fiecare procedeu este utilizat diferă de la un mediator la altul. Natura mediatorilor chimici Au fost propuse circa 50 substanţe diferite, ca având rol de mediator chimic. În general,ele pot fi incluse în 4 clase sau tipuri. Tipul 1: - Acetilcolina Tipul 2: - Amine - Noradrenalina, Adrenalina, Dopamina, Serotonina Tipul 3: - Aminoacizi - GABA, Glicocol, Glutamat, Aspartat Tipul 4:Peptide A. Liberine hipotalmice – Tirolinerina, Gonadoliberina, Somatostatina B. Peptide hipofizare – ACTH, Beta-endorfina, Alfa-melanotropina, Vasopresina, Ocitocina. C. Peptide care acţionează asupra intestinului şi creierului - Leucin-encefalina, Metionin-encefalina, Substanţa P, Colecistochinina, Polipeptid intestinal vasoactiv, Neurotensina, Insulina, Glucagonul. D. Din alte ţesuturi - Angiotensina II, Bradichinin, Carnozina, Bombezina. Se consideră că fiecare neuron secretă în toate terminaţiile sale un singur neuromediator. Acesta este principiul lui Dale, dat în onoarea lui Sir Henry Dale, care a introdus termenii de neuroni colinergici şi adrenergici. Totuşi, în ultima perioadă de timp au fost constatate excepţii de la principiu, acelaşi neuron putând avea mai mulţi neuromediatori, din care unii pot acţiona ca mediatori excitatori, iar alţii ca mediatori inhibitori sau modulatori. Sinapsele electrice La acest tip de sinapse membranele pre- şi postsinaptice nu sunt separate printr-o fantă sinaptică, ci sunt legate strâns în maniera unor conductori electrici. De asemenea, nu există întârziere sinaptică, din care cauză ele sunt foarte adecvate pentru sincronizarea activităţii electrice a unui mare grup de celule nervoase, sau celule efectoare ca, de exemplu, descărcarea simultană a miilor de electroplăci din organele electrice ale unor peşti. Ca şi sinapsele chimice, cele electrice pot fi excitatorii (depolarizante) sau inhibitorii (hiperpolarizante). Ele au fost puse în evidenţă la diferite grupe de nevertebrate şi vertebrate inferioare (peşti).Totuşi şi la mamifere au fost descrise conexiuni dintre neuroni de la diverse nivele ale creierului, sau la nivelul musculaturii netede, a miocardului şi a celulelor receptoare, care seamănă cu sinapsele electrice.

17

Unele caracteristici ale transmiterii sinaptice Conducerea unidirecţională prin sinapse - din cele expuse anterior rezultă că impulsurile sunt conduse prin sinapsele chimice numai de la terminaţia presinaptică spre terminaţia postsinaptică,şi nu invers. Întârzierea sinaptică - în timpul transmiterii impulsului de la terminaţia presinaptică spre neuronul postsinaptic, se consumă un timp necesar descărcării mediatorului, difuziei acestuia la membrana postsinaptică, acţiunii lui asupra membranei, pătrunderii Na+,apariţiei PPSE şi apoi a potenţialului de acţiune. Timpul minim necesar desfăşurării acestor procese determină ceea ce se numeşte întârzierea sinaptică, variază între 0,5-0,7 ms. Cunoscând această valoare putem calcula numărul de neuroni dintr-un circuit nervos. Oboseala sinaptică - atunci când sinapsele excitatorii sunt excitate repetat, cu o frecvenţă mare, numărul descărcărilor din neuronul presinaptic este iniţial foarte mare, după care diminuează. Acesta se datorează oboselii sinaptice. Acest fenomen reprezintă o caracteristică importantă a funcţiei sinapsei, deoarece atunci când o arie din SNC devine extrem de excitată, oboseala cauzează după un interval pierderea excesului de excitabilitate. Prin “oboseala sinaptică” s-ar putea explica durata scurtă a crizei de epilepsie. În acest caz “oboseala” reprezintă un mecanism de protecţie. Cauza principal a oboselii sinaptice rezidă în epuizarea rezervelor de mediatori din butonul terminal, deoarece o terminaţie presinaptică poate media cel mult 10 000 de transmiteri sinaptice, cantitatea de mediator consumată cu această ocazie, putând fi epuizată în câteva secunde până la câteva minute. Oboseala ar putea fi cauzată şi de următorii 2 factori:  inactivarea treptată a unor receptori postsinaptici şi  din cauza potenţialele de acţiune repetate, ionii de Ca2+ din celule se fixează prea lent. Rămânând în citosol, ionii de Ca2+ deschid aşa numitele canale de K+ calciu-dependente, care determină un efect inhibitor asupra neuronului postsinaptic. Facilitarea posttetanică - dacă excităm repetat o sinapsă o perioadă scurtă de timp, pentru a evita instalarea oboselii, se constată că neuronul devine mai reactiv la impulsurile sosite ulterior. Fenomenul poartă denumirea de facilitare (potenţare) posttetanică; aceasta s-ar putea datora acumulării ionilor de Ca2+ în membrana presinaptică, ce va mări cantitatea de mediator eliberat în spaţiul sinaptic. Deoarece la unii neuroni acest fenomen poate dura de la câteva fracţiuni de secundă până la câteva minute, s-ar putea ca acest proces să reprezinte unul din mecanismele prin care neuronii stochează informaţia. Deci facilitarea posttetanică ar putea constitui un mecanism al memoriei de scurtă durată. Efectul acidozei şi alcalozei asupra transmiterii sinaptice - neuronii sunt foarte sensibili la modificarea pH-ului, de la 7,4 la 7,8 produce adesea convulsii cerebrale datorită hiperexcitabilităţii neuronilor. Efectul alcalozei poate fi uşor demonstrat prin hiperventilare pulmonară, la persoane predispuse la epilepsie. Eliminarea excesivă a CO2 (acid) poate induce un acces de epilepsie. Acidoza diminuează mult activitatea neuronilor. Scăderea pH-ului de la 7,4 la 7,0 determină, de regulă, instalarea comei. În cazuri de diabet sever apare totdeauna coma. Efectul hipoxiei asupra transmiterii sinaptice - excitabilitatea neuronilor este dependentă de un aport corespunzător de cu O2. Lipsa O2 timp de câteva secunde provoacă inexcitabilitate completă a neuronului. Dacă circulaţia cerebrală este întreruptă temporar (3-5 secunde), subiectul devine inconştient. Sinapsa neuromusculară La muşchii striaţi transmiterea informaţiei de la nivelul SNC se face prin intermediul unor formaţiuni numite plăci motoare, care reprezintă sinapse neuromusculare. Axonul celulei nervoase pierde teaca de mielină, se ramifică la capătul terminal, formând placa motorie care se invaginează în fibra musculară, dar se află aşezată în afara sarcomerei. Întreaga formaţiune este acoperită cu una sau mai multe celule Schwann, care izolează placa motorie de mediul înconjurător. (figura nr. 7)

18

Figura nr. 7 - Placa neuro-motorie (www.bio.miami.edu) Urmărind la microscopul electronic structura unei invaginaţii sinaptice, a unei ramificaţii axonice, se constată prezenţa unui spaţiu sinaptic între nerv şi sarcolemă de 20-30 nm. Acest spaţiu este ocupat de lama bazală, care reprezintă un strat subţire de ţesut reticulat spongio prin care difuzează lichidul extracelular. Membrana muşchiului (sarcolema) formează un mare număr de cute, care măresc suprafaţa de contact între muşchi şi mediatorul sinaptic. La nivelul terminaţiei nervoase există un mare număr de mitocondrii, având acelaşi rol ca şi la sinapsele inter-neuronale. Mediatorul chimic, depozitat în vezicule sinaptice, este acetilcolina. Ataşată de lama bazală este acetilcoliniosteraza, enzimă ce hidrolizeză acetilcolina. (figura nr. 14)

Figura nr. 8 – Joncţiunea neuro-musculară (www.biologycorner.com) Când un impuls nervos atinge joncţiunea neuromusculară are loc activarea canalelor de Ca2+ voltaj-dependente care permit influxul ionilor de Ca2+. Ca şi în cazul sinapselor neuroneuronale ionii de Ca2+ determină atracţia veziculelor sinaptice din apropierea membranei presinaptice, fuziunea membranei veziculelor cu membrana presinaptică, urmată de exocitoza şi evacuarea acetilcolinei în spaţiul sinaptic. La fiecare impuls nervos se eliberează acetilcolina din circa 60 vezicule sinaptice, care conţin fiecare circa 10000 molecule de mediator. După exocitoză membrana veziculelor sinaptice va fi înglobată în butonul terminal, prin endocitoză, în vederea reîncărcării sale cu noi molecule de acetilcolină. Acetilcolina din spaţiul sinaptic, în timp de circa 1 ms, exercită receptorii nicotinici de pe sarcolemă, după care are loc inactivarea ei prin difuzie în spaţiul extrasinaptic, prin colinesterază, prin care se evită reexcitarea fibrei musculare după trecerea potenţialului de acţiune.

Rezumatul unităţii de studiu Unitatea de studiu face o trecere în revistă a celor mai importante noţiuni privind pe de o parte anatomia celulei nervoase, iar pe de altă parte modalitatea de transmitere a informaţiilor, fie între neuroni, fie între neuroni şi alte formaţiuni ale organismului.

Autoevaluare 1. Ce este sinapsa şi de câte feluri poate fi ea? 2. Cum se realizează transmiterea sinaptică? 3. Care sunt caracteristicile şi proprietăţile sinapsei? 19

4. Definiţi sinapsa neuro-musculară?

Tema de control nr. 1: Realizaţi două planşe, una care să reprezinte anatomia neuronului şi alta care să cuprindă transmiterea sinaptică.

Modulul II. Elemente generale privind neurofiziologia fibrei musculare Scopul modulului 

Înţelegerea şi cunoaşterea noţiunilor de neuro-fiziologie a fibrei musculare striate

Obiective operaţionale   

Cunoaşterea unor noţiuni generale de fiziologie a fibrei musculare striate. Cunoaşterea unor noţiuni generale privind metabolismul contracţiei şi relaxării fibrei musculare striate Neuro-fiziologia contracţiei şi relaxării musculare

Placa neuro-motorie Joncțiunea neuro-musculară reprezintă o legătură sinaptică prin intermediul căreia se transmite informația electrică este transmisă prin intermediul mediatorilor chimici de la nerv la mușchiul striat scheletic. Nervul este un motoneuron ce are corpul neuronal în măduva spinării și a cărui axon se termină la nivelul unei fibre musculare. (Ben Greenstein, Adam Greenstein, 2000) La mușchii striați transmiterea informației de la nivelul sistemului nervos central se face prin intermediul unor formațiuni numite plăci motoare, care reprezintă sinapse neuromusculare. (Hefco, 1997) Denumită şi sinapsa neuromotorie sau joncţiunea neuromotorie, placa motorie este o formaţiune anatomică specializată la nivelul căreia o fibră motorie somatică contactează o fibră musculară striată. (Leon Dănăilă, Mihai Golu, 2000) Axonul celulei nervoase pierde teaca de mielină, se ramifică la capătul terminal, formând placa motorie care se invaginează în fibra musculară, dar se află așezată în afara sarcolemei. Întreaga formațiune este acoperită cu una sau mai multe celule Schwann, care izolează placa motorie de mediul înconjurător. Structura unei invaginații sinaptice, a unei ramificații axonice privită la microscopul electronic, evidențiază între membrana neuronală, care formează membrana presinaptică şi sarcolemă faptul că există un spaţiu numit fanta sinaptică de 20-50 nm. Acest spațiu este ocupat de lama bazală, care reprezintă un strat subțire de țesut reticulat spongios prin care difuzează lichidul extracelular. Membrana postsinaptică formată din sarcolema fibrei musculare apare foarte cutată, cu o mulţime de falduri principale şi secundare, care-i măresc suprafaţa de contact între mușchi și mediatorul sinaptic. În zona neuronală presinaptică, se evidenţiază numeroase mitocondrii cu același rol ca la sinapsele interneuronale şi vezicule sinaptice conţinând acetilcolină. Sarcolema este extrem de sensibilă la acetilcolină în zona plăcii terminale. În această zonă sarcolema este înzestrată cu 1 la 4 x 107 receptori colinergici pentru o joncţiune neuromotorie. Receptorii prezenţi în sarcolemă sunt receptori colinergici nicotinici. Receptorii sunt sintetizaţi în aparatul 20

Golgi din zona postsinaptică, de unde sunt transportaţi la locul de inserţie din membrana postsinaptică. Receptorii captaţi, internalizaţi, sunt degradaţi de enzimele lizozomale din zona postsinaptică. Procesul de internalizare este un proces de endocitoză. Prin urmare, există un proces de reîmprospătare continuă, un turnover a receptorilor nicotinici în membrana sarcolemică a plăcii terminale. Membrana sarcolemică suferă modificări morfologice remarcabile în zona plăcii terminale. Aşa cum am văzut, ea devine extrem de cutată, neregulată, formând o mulţime de fante sinaptice secundare care se deschid toate în spaţiul sinaptic primar. Fanta sinaptică are în interiorul său un strat de material electrodens, numit substanţa sau membrana de bază, care urmează fidel fiecare fantă postjonţională. Pe această membrană de bază se fixează acetilcolinesteraza, enzima care marchează, hidrolizează, acetilcolina. La marginea scobiturii sinaptice aceasta fuzionează cu un strat de celule Schwann, închizând fanta şi formând o barieră împotriva difuziunii mediatorului în afara zonei sinaptice. Fiecare veziculă din zona presinaptică conţine aproximativ 4000 de molecule de acetilcolină (ceea ce reprezintă o cuantă de acetilcolină). Un impuls nervos depolarizează membrana postsinaptică cu 30-40 mV, deschizând canalele de Ca++ şi determină golirea conţinutului a 200-300 de vezicule cu acetilcolină în fanta sinaptică. Pentru fiecare moleculă de acetilcolină eliberată există un disponibil cca 10 receptori colinergici şi 10 molecule de acetilcolinesterază. La om, o cuantă de acetilcolină, adică conţinutul unei vezicule presinaptice deschide cca 1500 canale de Na+ care sunt penetrate de 5 x 104 ioni de Na+. S-a calculat că deschiderea numai a 4% din canalele de Na+ ar produce 90% din depolarizarea maximă a plăcii terminale. Prin urmare, există o lungă marje de siguranţă pentru transmiterea neuromusculară. Răspunsul contractil dispare numai după blocarea a 90% dintre receptorii colinergici nicotinici. Ca urmare a penetrării ionilor de Na+ în zona postsinaptică a muşchiului, se produce un potenţial de placă terminală, asemănător cu PPSE. Potenţialul creşte de la –90 mV, valoarea potenţialului de repaus a sarcolemei, la valori mai puţin negative şi când atinge –50 mV apare potenţialul de acţiune propagat, condus de-a lungul sarcolemei cu o viteză de 3-5 m/sec, care iniţiază contracţia muşchiului striat. Înregistrându-se activitatea electrică în zona postsinaptică se pot observa potenţiale miniaturale ale plăcii terminale de 1-2 mV, cu o frecvenţă de cca 1 potenţial/sec, ce sunt datorate spargerii spontane a unor vezicule de acetilcolină. Potenţialele miniaturale au amplitudine atât de redusă, încât pot fi înregistrate numai în imediata vecinătate a joncţiunii neuro-motorii. Până când potenţialul plăcii terminale nu ajunge la valoarea prag, adică la un potenţial de –50 mV nu se produce potenţialul propagat. Joncţiunea neuro-motorie se deosebeşte de sinapsele neuro-neuronale prin următoarele caracteristici: Influxul nervos eliberează în fanta sinaptică a plăcii terminale cantităţi suficiente de acetilcolină, în stare să inducă potenţialul de acţiune şi răspunsul motor, nefiind necesară sumarea temporală şi spaţială ca în cazul celorlalte sinapse. Acetilcolina se desprinde rapid de pe receptorii colinergici nicotinici din sarcolemă, iar în cca 1 msec are loc hidroliza ei sub acţiunea acetilcolinesterazei prezentă chiar în spaţiul sinaptic. Degradarea promptă a acetilcolinei previne reexcitarea muşchiului. Joncţiunea neuromusculară nu conţine mediatori inhibitori, acetilcolină este un mediator excitator. Mecanismul contracţiei musculare izotonice În timpul contracţiei muşchiului se produce o îngustare a discurilor clare şi a zonei H, cu păstrarea lungimii discului întunecat. Cu ajutorul microscopului electronic, observăm că, în timpul contracţiei, lungimea filamentelor groase nu se modifică, iar filamentele subţiri alunecă printre cele groase şi determină apropierea liniilor Z. Pe baza acestor constatări, Huxley a propus în anul 1969 teoria glisării în mecanismul contracţiei musculare. Glisarea filamentelor de actină printre cele de miozină se produce prin conectarea şi deconectarea alternativă a punţilor transversale de zonele active ale actinei. Contracţia fibrelor musculare scheletice este declanşată de eliberarea Ca2+ din cisterne în citosolul sarcoplasmei. 21

Eliberarea ionilor de Ca2+ din cisternele reticulului sarcoplasmatic se datorează undei de depolarizare ce ajunge în profunzimea fibrei musculare prin intermediul tubilor T. În sarcolema muşchiului relaxat ionii de Ca2+ se găsesc într-o concentraţie de 10-7 mol/litru, iar în interiorul cisternelor aceştia sunt mai concentraţi. Depolarizând membranele cisternelor terminale, se declanşează eliberarea masivă şi bruscă în plasmă a Ca2+, ajungându-se la o concentraţie de 10-5 moli/litru şi înlăturându-se efectele inhibitorii ale troponinei asupra contracţiei. Înainte de începerea contracţiei, pe capătul globular al punţii transversale este fixat ATPul. Capătul globular al punţii transversale are şi funcţie ATP-azică, scindând imediat ATP-ul şi eliberând energia. Din acest motiv, puntea transversală se aşează perpendicular pe filamentul de actină, însă fără să se ataşeze încă de el. Efectul inhibitor al troponinei şi tropomiozinei este înlăturat de creşterea concentraţiei ionilor de calciu în citosol. Zonele active ale actinei sunt descoperite în momentul în care se cuplează capătul globular al punţii transversale al moleculei de miozină. În timpul contracţiei, tropomiozina şi troponina pătrund adânc în şanţul existent între cele două lanţuri de actină, descoperind zonele active de pe filamentul de actină. Punţile transversale ale miozinei pot astfel să interacţioneze cu zonele active ale actinei. După stabilirea legăturii dintre actină şi miozină, se produc modificări conformaţionale în puntea transversală ce determină înclinarea capătului globular spre braţul punţii de la 900 la 450, producând glisarea filamentului de actină înspre centrul sarcomerului şi scurtarea acestuia în cursul contracţiei izotonice. Înclinarea capătului globular se face pe seama eliberării energiei stocate în ATP. Odată cu înclinarea capătului globular al punţii, el se reîncarcă cu o nouă moleculă de ATP. Fixarea ATP-ului determină detaşarea miozinei de actină. Datorită activităţii ATP-azice a miozinei, ATP-ul este scindat, iar energia eliberată readuce puntea transversală la poziţia anterioară (i.e. unghi de 90o), interacţionând cu o nouă zonă activă pe filamentul de actină. Cu fiecare ciclu, ataşarea, înclinarea la 90o a punţilor transversale şi apoi desprinderea acestora, muşchiul se scurtează cu aproximativ 1% din lungimea sa. Aceste cicluri se repetă succesiv până când muşchiul îşi realizează programul său contractil, fiind proporţional cu forţa sa de contracţie. Mecanismul contracţiei izometrice În contracţiile izometrice, filamentele de actină şi miozină nu glisează unele printre altele datorită elasticităţii punţilor transversale. În muşchiul contractat izometric se dezvoltă o tensiune. În cursul contracţiei izometrice punţile transversale se ataşează în unghi drept pe filamentele de actină şi apoi se produce rotirea lor cu 450. Datorită acestei mişcări de rotaţie, structurile vâscoase elastice ale punţilor transversale se pun sub tensiune. Relaxarea musculară Relaxarea muşchilor se produce în momentul în care ionii de Ca2+ sunt recaptaţi în cisternele reticulului sarcoplasmatic iar concentraţia lor în sarcoplasmă scade la 10-7 moli/l. Acest proces se produce cu consum de energie, furnizată tot de moleculele de ATP. ATP-aza Ca2+-dependentă, care reprezintă pompa de Ca2+, localizată în pereţii reticulului sarcoplasmic, este o proteină transmembranară cu funcţie ATP-azică, ce hidrolizează o moleculă de ATP, transportând două molecule de Ca2+. Datorită acestei pompe de calciu, se poate produce o concentrare de 10000 ori mai mare a Ca2+ în reticulul sarcoplasmic. Reticulul sarcoplasmic conţine, de asemenea, o proteină ce poate fixa de 40 de ori mai mult calciu decât cel care se află în stare ionică, numită calsechestrină. Prin intervenţia pompei de calciu, transportul de ioni de Ca2+ în reticulul sarcoplasmatic se realizează foarte rapid (i.e. 30 ms). Relaxarea muşchiului se produce atunci când scade concentraţia ionilor de Ca2+ în citosolul sarcoplasmatic. Metabolismul energetic al contracţiei musculare Atât contracţia izotonică şi izometrică, cât şi relaxarea musculară au ca sursă de energie primară ATP-ul. ATP-ul este sursa de energie utilizată şi pentru pomparea ionilor implicaţi în contracţie: captarea Ca2+, expulzia Na+ şi captarea K+. În muşchi, ATP-ul se găseşte într-o concentraţie de 4 mmoli/kg substanţă umedă (i.e. o concentraţie foarte mică). La această concentraţie, ATP-ul asigură aproximativ 8 secuse 22

musculare. Descompunerea ATP-ului are loc sub acţiunea ATP-azei. Miozina manifestă efecte ATP-azice, cu acţiune foarte redusă. După fixarea miozinei pe actină, această activitate creşte foarte mult. Prin hidroliza ATP-ului în ADP se produce scindarea unei legături fosfat macroergice şi se eliberează 7,3 kcal/mol de ATP. Resinteza rapidă a ATP-ului se face prin transferul grupării fosfat de la fosfocreatină (PC) la ADP, sub acţiunea creatinfosfokinazei. Concentraţia fosfocreatinei în muşchi este de 20 mmoli/kg substanţă umedă. Acest proces asigură realizarea de aproximativ 100 secuse musculare. Fosfocreatina se reface, la rândul său, din creatină, pe seama procesului de glicoliză. În celulele musculare, glucoza se metabolizează până la acid piruvic. În condiţiile lipsei de oxigen acidul piruvic este redus la acid lactic, prin procesul de glicoliză anaerobă. În lipsa oxigenului, glucoza se degradează furnizând energia pentru resinteza a două molecule de PC şi a două molecule de ATP. Metabolismul anaerob furnizează energia necesară abia pentru 600 de secuse. În condiţiile aportului de oxigen are loc glicoliza aerobă, iar acidul piruvic este degradat până la dioxid de carbon şi apă. Prin glicoliza aerobă se refac 38 molecule de PC şi, în consecinţă, 38 de molecule de ATP. Metabolismul aerob furnizează energia pentru aproximativ 20000 de secuse musculare. Această glicoliză aerobă are loc în mitocondrii şi se desfăşoară lent, dar are capacitate mare de resinteză a rezervelor de CP şi ATP. Glicoliza anaerobă se produce de 2-3 ori mai rapid, dar refacerea depozitelor de ATP este limitată. Glicoliza anaerobă poate avea loc pentru perioade scurte de timp, deoarece acidul lactic format, deşi difuzează în mare măsură în curentul circulator, rămâne concentrat în muşchi, depăşind capacitatea-tampon a ţesutului. Mediul acid intracelular împiedică activitatea enzimatică musculară şi reduce capacitatea de efort. Glicoliza anaerobă poate întreţine contracţiile musculare maxime timp de 1 minut. De aceea, aceasta asigură 85% din energia necesară în efoturile intense de scurtă durată (e.g. alergările de viteză) şi abia 5% în eforturile de lungă durată (e.g. alergările de fond). În perioada iniţială de efort se contractează o datorie de oxigen din cauza cerinţelor crescute de oxigen şi a unei adaptări întârziate a circulaţiei şi a metabolismului aerob la aceste cerinţe. Consumul de oxigen rămâne încă o perioadă de timp după încetarea efortului peste valoarea de repaus, în funcţie de intensitatea efortului. Acest proces se numeşte plata datoriei de oxigen. Acest consum suplimentar de oxigen necesar după terminarea efortului, are rolul de a îndepărta acidul lactic şi de a reface depozitele de PC şi ATP. Plata datoriei de origen depăşeşte cu puţin datoria creată la începutul efortului, din cauza unor procese fiziologice care acompaniază efortul intens (e.g. pentru întreţinerea unui ritm respirator crescut, creşterea temperaturii corporale, pentru reîncărcarea depozitelor de oxigen ale mioglobinei). După un efort uşor, datoria de oxigen este mică ajungând în jur de 4 l, pe când, după un efort intens, poate ajunge până la 20 l. Contracţia musculară determină un lanţ de reacţii chimice cu rol în producerea energiei necesare realizării acestui proces. Aceste reacţii se desfăşoară cu viteze variabile. Implicaţiile calorice ale activităţii musculare Abia 20-25 % din energia chimică din muşchiul striat este transformată în lucru mecanic, restul se eliberează sub formă de căldură. Muşchiul striat este principala sursă termogenetică a organismului. Producţia de căldură a unui muşchi în repaus este de 0,0002 cal/g şi se numeşte căldură de repaus. Căldura din cursul contracţiei este eliberată în două perioade: căldura iniţială şi căldura tardivă. Căldura iniţială cuprinde patru componente: căldura de activare, căldura de întreţinere, căldura de scurtare şi căldura de relaxare. Căldura de activare apare în perioada de latenţă a contracţiei, iar cea de întreţinere se produce în timpul contracţiilor susţinute. În faza scurtării muşchiului se degajează căldura de scurtare cu un surplus caloric proporţional cu intensitatea efortului. Relaxarea degajă căldura de relaxare datorită revenirii muşchiului la lungimea şi tensiunea de repaus. Urmează o perioadă de aproximativ 30 min după terminarea efortului în care căldura continuă să se elibereze peste valoarea de repaus, producând căldura tardivă sau 23

căldura de refacere. Ea este aproximativ egală cu căldura degajată în timpul contracţiei. Căldura tardivă rezultă în cursul metabolismului aerob. După terminarea efortului se refac depozitele de glicogen, de ATP şi de PC din muşchi. Aceste mecanisme necesită procese energetice generatoare de căldură. Efectele mecanice ale contracţiei musculare Răspunsul mecanic al muşchiului striat este dependent de lungimea sarcomerelor şi de frecvenţa aplicării stimulilor. Forţa maximă de contracţie a muşchiului se înregistrează când sarcomerul are lungimea de 2,2 μm. La o asemenea lungime, fiecare punte transversală se află în legătură cu o moleculă de actină. Legătura fiecărei punţi transversale cu zona activă a filamentului de actină contribuie la realizarea forţei de contracţie a muşchiului. Reacţia muşchiului la un singur stimul supraliminal se numeşte secusă. Potenţialul de acţiune sarcolemic durează 2-4 ms şi este condus prin sarcolemă de la nivelul joncţiunii neuromusculare cu o viteză de 5 m/s. La începutul depolarizării, apare o perioadă refractară absolută care persistă 1-3 ms. Când stimulul duce la o scurtare a muşchiului, contracţia se numeşte izotonică, iar contracţia fără scurtare, numită izometrică, se manifestă printr-o creştere a tensiunii muşchiului. După aplicarea stimulului se evidenţiază o mică întârziere între 2 şi 4 ms până la apariţia răspunsului, numită perioadă de latenţă. Urmează o creştere a tensiunii sau scurtarea musculară, numită fază de contracţie, apoi revenirea la normal, faza de relaxare. În muşchii rapizi secusa durează 7,5-10 ms, iar în cei lenţi este de 100-150 ms. Răspunsul muşchiului la stimuli cu frecvenţă mare se poate prezenta ca o succesiune de secuse. Stimulii cu frecvenţă mare determină o sumare a contracţiilor. Sumarea contracţiilor se înscrie fie sub forma unui grafic ondulat, numit tetanos incomplet, fie în platou, denumit tetanos complet. Tensiunea musculară este de 4 ori mai mare în cursul tetanosului, comparativ cu secusa datorită acumulării unui surplus de ioni de Ca2+ în sarcoplasmă. În organism se întâlnesc foarte rar secuse musculare, deoarece nervii motori transmit întotdeauna salve de impulsuri şi nu impulsuri izolate. Stimulii ce depăşesc valoarea prag, determină contracţii musculare de amplitudine maximă, supunându-se legii tot sau nimic. Potenţialele de acţiune sunt transmise la nivelul plăcii terminale, de unde se propagă în întrega sarcolemă cu o viteză de 3-5 m/s (pentru detalii privind funcţionarea plăcii terminale, vezi: Olteanu et al, 2000: Neurofiziologia sistemelor senzitivo-senzoriale). Particularităţi ale efectelor mecanice ale contracţiei musculare Contractura musculară este un efect mecanic care determină scurtarea muşchiului în alt mod decât tetanosul şi secusa. Acest efect mecanic este o stare de contracţie care nu este cauzată de conducerea potenţialului de acţiune, ci se bazează fie pe depolarizarea locală (aşa cum se întâmplă când creşte concentraţia K+ extracelular, stare care este denumită contractură potasică) sau este produsă pe cale farmacologică, situaţie în care se produce o eliberare crescută de calciu în sarcoplasmă (e.g. contractura cofeinică). Fibrele tonice Contracţia în aşa numitele fibre tonice (fibrele din muşchii extraoculari sau fibrele intrafusale) este un alt tip de contracţie musculară. Aceste fibre musculare răspund la un stimul în funcţie de extinderea depolarizării independente de potenţialul de acţiune, iar contracţia nu se supune legii tot sau nimic. Gradul contracţiei depinde de schimbarea concentraţiei Ca2+ intracelular. Efectul de treaptă Aplicând stimuli supraliminali, ce nu ajung la frecvenţa de tetanizare, pe un muşchi care a stat o lungă perioadă de timp în repaus, se produce o creştere a tensiunii cu fiecare secusă, până se atinge o tensiune uniformă pe contracţie. Forţa de contracţie iniţială reprezintă abia jumătate din forţa înregistrată după executarea a 30-50 de secuse. Efectul de treaptă pozitiv se explică prin eliberarea din reticulul sarcoplasmic a unui număr mai mare de Ca2+, care nu sunt imediat şi îndeajuns recaptaţi (N.B.: efectul de treaptă nu trebuie confundat cu tetanosul). 24

Tonusul muscular În comparaţie cu particularităţile contracţiei musculare mai sus amintite, tonusul general sau cel reflex al muşchilor scheletici este menţinut prin potenţiale de acţiune normale în unităţile motorii individuale. Tonusul muscular este starea de semicontracţie uşoară a muşchilor striaţi scheletici, care apare în repaus. Aspecte mecanice speciale ale funcţiei musculare Aşa cum am arătat ceva mai înainte, contracţia musculară poate fi realizată prin două modificări extreme: (a) izometrică, când lungimea muşchiului rămâne constantă şi tensiunea se modifică; (b) izotonică, când lungimea se modifică şi tensiunea rămâne constantă. Atunci când atât tensiunea, cât şi lungimea se modifică simultan, contracţia se denumeşte auxotonică. Dacă o contracţie izometrică este urmată de una izotonică sau de una auxotonică, aceasta se numeşte contracţie după încărcare sau contracţie cu întindere (afterloaded contraction). Acestă manifestare contractilă apare când unui muşchi în contracţie tetanică i se aplică la extremitatea liberă o forţă superioară, care acţionează în sens opus. În această situaţie, dacă nu se stabileşte un echilibru nou, există riscul producerii rupturii musculare. Manifestările electrice ale contracţiei musculare (noțiuni generale privind EMG) Activitatea electrică a muşchiului este rezultatul depolarizării sarcolemei fibrelor musculare de la nivelul unităţilor motorii. Ea este declanşată de mesajul primit de sarcolemă la nivelul plăcii terminale, mesaj sosit la acest nivel de la motoneuronii care inervează unităţile motorii. Acest mesaj propagat apoi de-a lungul sarcolemei declanşează şi întreţine activitatea contractilă, atât pe cea izometrică implicată în postură, cât şi pe cea izotonică, implicată în locomoţie.

Figura nr. 9 – Principiul înregistrării electromiografiei (www.uned.es) Activitatea electrică însumată a muşchilor striaţi poate fi înregistrată cu electromiograful. Grafica obţinută se numeşte electromiogramă (EMG). Recoltarea curenţilor de acţiune se face cu ajutorul unor electrozi de suprafaţă sau a unor electrozi coaxiali, sub formă de ac, care sunt introduşi în muşchi. Electrodul coaxial se cuplează la electromiograf, care este un sistem electronic de amplificare şi înregistrare a biocurenţilor musculari. Grafica obţinută poartă numele de electromiogramă elementară şi rezultă din recoltarea potenţialelor de acţiune dintr-un număr restrâns de fibre de la nivelul unităţilor motorii. Electrozii de suprafaţă sunt discuri metalice, argintate, cu o suprafaţă de aproximativ 1 cm2, care se aşează pe suprafaţa pielii deasupra unor zone bogate în ţesut muscular, înregistrându-se astfel o electromiogramă globală de la nivelul unor zone mai întinse. Traseul simplu se produce în urma unor contracţii uşoare, fiind constituite din potenţiale mono- şi bifazice cu o amplitudine cuprinsă între 200 şi 400 μV, cu o durată mică în jur de 3 ms şi o frecvenţă de 4-10 Hz. Traseul intermediar apare în urma unor contracţii musculare medii, fiind formate din potenţiale de unitate motorie cu amplitudine de 500 μV şi o frecvenţă între 15 şi 25 Hz.

25

Figura nr. 10 – Imagine reprezentând o electromiografie înregistartă pe un subiect uman (www.liamed.ro) Traseul de interferenţă apare când contracţiile musculare sunt maxime. Aceasta va determina apariţia de potenţiale în care nu se mai evidenţiază potenţialele de unitate motorie, motiv pentru care amplitudinea ajunge în jur de 1000 μV, uneori chiar la 2000 μV şi o frecvenţă în jur de 1000 Hz. Tonusul de fond, postură sau expresie joacă un rol primordial în activitatea musculară de menţinere a unor activităţi motorii complexe, asigurând fixitatea articulaţiilor şi amortizarea elastică a mişcărilor. De asemenea, creşterea tonusului muscular şi transformarea lui într-un frison generator de căldură indică implicarea lui în termoreglare. În aceeaşi măsură, starea de anxietate, agitaţie, frică sau alte stări emoţionale, prin creşterea descărcărilor nervoase tonice, măresc tonusul muscular de fond sau îl anulează aproape complet, ca în cursul somnului. Aceste observaţii sugerează implicarea tonusului general în menţinerea stării de veghe, orientare şi atenţie. Neuro-fiziologia contracţiei şi relaxării fibrei musculare netede Musculatura organelor interne este formată din celule musculare netede cu un diametru de 2 până la 10 μm şi o lungime cuprinsă între 50 şi 200 μm. Celulele musculare netede prezintă doar un singur nucleu central. Poartă această denumire deoarece le lipseşte modelul striat care caracterizează muşchiul cardiac şi muşchii scheletici. Muşchii netezi diferă de aceşti muşchi nu numai în privinţa structurii striate, dar mai ales în ceea ce priveşte proprietăţile lor funcţionale şi contractile. Aşa, de exemplu, muşchii netezi sunt foarte lenţi, dar au capacitatea de menţinere a forţei sau a tonusului pentru perioade lungi de timp, cu o cheltuială de energie foarte mică, fiind astfel extrem de adaptaţi proprietăţilor lor funcţionale. Aceşti muşchi au capacitatea de a răspunde la o multitudine de mediatori chimici sau hormoni. Toate aceste caracteristici ne dezvăluie faptul că, în acest caz, cuplarea excitaţiei cu contracţia este foarte complexă şi este diferită de cea a muşchilor scheletici. Muşchiul neted este, de asemenea, complet diferit atât structural, cât şi funcţional. Astfel, muşchiul neted poate răspunde la un stimul printr-un răspuns fazic scurt sau printr-o contracţie tonică prelungită. Bozler (1941) a clasificat muşchii netezi în două categorii majore. O primă categorie o reprezintă muşchii care sunt activaţi de o multitudine de fibre cu adevărat motoare. Alcătuiesc muşchii netezi multiunitari. Ei sunt alcătuiţi din fibre musculare netede separate. Fiecare fibră acţionează complet independent faţă de cealaltă şi adesea este inervată de o singură terminaţie nervoasă, la fel ca fibrele musculare striate scheletice. Membrana bazală, alcătuită dintr-un amestec de fibre de colagen şi glicoproteine, serveşte la izolarea fibrelor între ele. Aceste fibre netede sunt controlate în special de semnalele nervoase, deosebind-se de cel de al doilea tip de fibre netede. Cele viscerale sunt controlate mai ales de stimuli non-nervoşi. Din acest prim tip de celule musculare netede fac parte: muşchiul ciliar, muşchiul irisului, muşchii membranei nictitante şi muşchii pieloerectori (i.e. erecţia părului). Al doilea tip de muşchi netezi sunt cei care se activează spontan şi ritmic, având activitate automată. Acest tip de muşchi prezintă tonus miogen şi sunt denumiţi muşchi single 26

unit (monounitari) sau muşchi netezi viscerali. Termenul de monounitar se pretează la unele confuzii deoarece nu ne referim la o singură fibră musculară. Dimpotrivă, el este format dintr-o masă de sute sau mii de celule musculare netede care se contractă împreună, ca şi cum ar fi o singură unitate motorie. Membranele celulelor aderă între ele într-o multitudine de puncte, aşa încât forţa generată într-o fibră este transmisă şi fibrelor învecinate. În plus, membranele celulare sunt unite prin juncţiuni strânse de tip gap în care ionii trec uşor dintr-o celulă în alta, iar potenţialul de acţiune poate circula de la o fibră la alta antrenând toată masa într-o singură contracţie. În această categorie intră muşchii principalelor viscere: intestin, căile biliare, uretere ş.a. În ultimii ani s-a pus în discuţie în ce categorie de muşchi intră muşchii netezi ai unor vase sanguine. În cazul acestor muşchi există o distincţie clară: ei prezintă un tonus bazal miogen pe care se suprapune tonusul neurogenic exercitat de activitatea nervoasă simpatică. Celulele musculare netede sunt celule fusiforme, scurte, cu o lungime de 0,1–0,5 mm şi o grosime de 3–10 m. Ele nu prezintă sistemul tubular în T şi reticulul sarcoplasmatic abundent ca în cazul unui muşchi striat. În principiu, aparatul contractil este acelaşi ca şi în muşchii scheletici şi se realizează printr-un mecanism de alunecare a miofilamentelor. Dar în cazul muşchiului neted, filamentele de actină şi miozină nu sunt aranjate într-o infrastructură ordonată. Aceste celule conţin aproximativ aceeaşi cantitate de actină pe unitatea de volum ca şi în muşchiul scheletic, dar miozina se găseşte abia într-o cincime din cantitatea muşchiului scheletic. În plus, celulele musculare netede conţin o reţea de filamente intermediare, alcătuite din desmină, vimentină şi felmină. Această reţea este ataşată de sarcolema celulei în nişte regiuni denumite corpusculii de ataşament sau corpusculi denşi de ataşament. Adesea, aceşti corpusculi din membrană vin în legătură cu corpusculii din membrana celulelor învecinate, creând nişte adevărate lacune, umplute cu un material electronodens, care realizează cuplarea mecanică între celulele musculare netede. Prin această modalitate de organizare, celulele musculare netede formează o reţea contractilă la care sunt ataşate şi fibrele de colagen. În interiorul celulei, filamentele intermediare contactează şi interconectează corpii denşi din interiorul sarcoplasmei. Corpii denşi (formaţi din -actină) sunt interconectaţi, fiind ataşaţi de filamentele de actină. De fapt, corpii denşi îndeplinesc rolul benzilor Z de la muşchii scheletici. Miofilamentele de actină sunt lungi şi unele interacţionează cu filamentele intermediare de felmină, mai frecvent decât cu miofilamentele de miozină. Prin această structură se formează o reţea de filamente intermediate sau aşa-numitul domeniu al citoscheletului celulei musculare netede. Cercetările au evidenţiat că filamentele de actină şi miozină din muşchiul neted interacţionează aproape în acelaşi mod cu cele din muşchii striaţi, iar procesele contractile sunt activate tot de Ca2+, substratul energetic fiind reprezentat de ATP. Ceea ce diferenţiază cele două structuri este organizarea structurală diferită, modul de cuplare a excitaţiei cu contracţia, controlul procesului contractil de către Ca2+, durata contracţiei şi cantitatea de energie necesară mecanismului de contracţie. Cuplarea excitaţiei cu contracţia în muşchiul neted se realizează treptat, tot prin intermediul ionilor de Ca2+, ca şi în muşchii scheletici. Chiar şi în fibrele în care există un reticul sarcoplasmatic slab dezvoltat, nu există sistemul tubular T, iar cisternele reticulului sarcoplasmatic contactează direct sarcolema. De aceea, potenţialul de acţiune membranar determină direct ieşirea Ca2+ din cisterne, mecanism mai eficient decât difuziunea prin sarcolemă, din mediul extracelular. Potenţialul de repaus al fibrei musculare netede este de –50 la –60 mV, deci cu 30 mV mai puţin negativ decât cel al muşchiului striat. Potenţialele de acţiune ale muşchiului neted multiunitar sunt generate în acelaşi mod ca la muşchiul scheletic. Potenţialele de acţiune ale muşchiului neted visceral apar sub două forme: fie ca vârf (spike) potenţial, fie ca potenţial de acţiune în platou. Potenţialele de acţiune tipice de vârf se obţin la majoritatea muşchilor viscerali. Durata lor este de 10–50 ms. Aceste potenţiale se pot produce prin stimulare electrică, prin stimulare 27

hormonală, sub acţiunea neurotransmiţătorului eliberat la nivelul varicozităţilor sau generat spontan de fibra musculară netedă.

Rezumatul unităţii de studiu Unitatea de studiu face o trecere în revistă a celor mai importante noţiuni privind neurofiziologia fibrei musculare strate, subliniind necesitatea cunoaşterii acestor noţiuni, în formarea unei baze solide de cunoaştere şi înţelegere a modalităţilor de funcţionare a fibrei musculare atât în situaţii fiziologice cât şi în situaţii patologice. De asemenea sunt prezentate mecanismele metabolice care intervin în contracţia şi relaxarea fibrei musculare striate, precum şi rolul şi importanţa influenţelor nervoase în funcţionarea muşchiului striat.

Autoevaluare 1. 2. 3. 4. 5.

Care este mecanismul contracţiei musculare izotonice? Care este mecanismul contracţiei musculare izometrice? Explicaţi cum se realizează relaxarea musculară? Care sunt efectele mecanice ale contracţiei musculare? Neuro-fiziologia contracției şi relaxării fibrei musculare netede

Tema de control nr. 2: Realizaţi o planşă în care să reprezentaţi mecanismul de cuplare a excitaţiei nervoase cu contracţia musculară.

MODULUL III. Elemente de neuro-fiziologie a măduvei spinării Scopul modulului 

Înţelegerea noţiunilor privind neuro-fiziologia măduvei spinării.

Obiective operaţionale  

Cunoaşterea modalităţilor de funcţionare a măduvei spinării şi de influenţare şi reglare a diverselor aparate şi sisteme ale organismului Rolul măduvei spinării în realizarea homeostaziei mediului intern cu cel extern şi a mediului intern cu cel intern.

Funcţia motorie a măduvei spinării Semnalele senzitive care ajung în măduva spinării se transmit la două categorii de neuroni:  fie la motoneuroni în mod direct, iar de aici la organul efector,  fie la motoneuronii intercalari care ajung tot pe motoneuroni. Motoneuronii sunt de două categorii, una din aceste categorii fiind motoneuronii α de dimensiune mare, de la care pornesc fibre mielinice Aα cu un diametru mare de 9-19 μm. Prelungirile periferice ale motoneuronului α ajung la fibrele musculare striate unde formează joncţiunea neuromusculară. Fibra nervoasă împreună cu fibrele musculare pe care le inervează alcătuiesc o unitate motorie. În medie, o fibră Aα inervează 150 fibre musculare.

28

Alături de motoneuronii α, există neuroni de dimensiuni mai mici numiţi neuroni γ cu un diametru de 3-6 μm. Fibrele Aγ care pornesc de la aceşti neuroni se răspândesc în fusurile neuromusculare la capetele striate ale acestora. Circa 30% dintre fibrele rădăcinii anterioare sunt reprezentate de fibrele provenite de la motoneuroni.

Figura nr. 11 – Imagine reprezentând anatomia mădivei spinării – secţiune transversală (www.lefo.ro) Între terminaţiile senzitive şi motorii se pot interpune neuroni intercalari. Datorită neuronilor intercalari şi datorită formei părţii terminale a aferenţelor senzitive, reacţiile efectoare medulare pot îmbrăca anumite particularităţi.

Figura nr. 12 – Imagine reprezentând motoneuroni (www.medical-dictionary.thefreedictionary.com) În primul rând, la nivelul măduvei se produce un proces de divergenţă, adică de răspândire a excitaţiei de la un neuron la mai mulţi neuroni. Tot aici se poate produce fenomenul de convergenţă. Pe una şi aceeaşi celulă (pe motoneuronul α) s-au pus în evidenţă un număr foarte mare de terminaţii nervoase. S-a apreciat că astfel de sinapse pot ajunge la 6000-10000 pe o singură celulă nervoasă. În măduvă, datorită neuronilor intercalari, se întâlneşte fenomenul de postdescărcare, prin intermediul circuitelor reverberante, circuite în care influxul nervos se autoîntreţine într-o reţea neuronală. Reacţia în aceste circuite durează mai mult decât timpul de acţiune a stimulului. La nivelul măduvei se mai evidenţiază fenomenul de facilitare şi de ocluzie.

29

Fenomenul de facilitarea apare când pe un neuron acţionează un stimul subliminal. Neuronul devine mai sensibil, încât chiar şi alţi stimuli subliminali pot declanşa prin sumare un potenţial de acţiune. În această situaţie, neuronul suferă un proces de facilitare. Fenomenul de ocluzie se întâlneşte în condiţiile în care două fibre senzitive fac sinapsa cu trei neuroni efectori (sau motoneuroni). Stimularea unei fibre senzitive dă naştere la un răspuns motor de o anumită amplitudine, dat de antrenarea a doi motoneuroni. Dacă se stimulează concomitent cele două fibre, răspunsul motor obţinut este mai mic decât suma răspunsurilor motorii apărute după stimularea separată a fibrelor. Fibra separată antrenează în răspunsul motor doi neuroni, iar, când se stimulează două fibre senzitive, răspund în loc de patru neuroni, trei neuroni motori. Deficitul aritmetic al acestei stimulări se numeşte ocluzie. Reflexele motorii medulare Reflexele motorii ce se încheie în măduvă sunt reflexe segmentare. Cele mai importante reflexe medulare sunt reflexele miotatice (osteotendinoase, proprioceptive) şi reflexele de flexiune (exteroceptive). Reflexele miotatice Reflexele miotatice se datoresc întinderii muşchiului. Numele vine de la cuvintele greceşti mios (muşchi) şi tatos (întindere). Reflexele miotatice sunt declanşate de excitarea a două tipuri de proprioreceptori, a fusurilor neuromusculare sau a corpusculilor tendinoşi Golgi. Aceşti proprioreceptori alcătuiesc capătul periferic al analizatorului kinestezic. O problematică interesantă este reprezentată de modul în care propriorecepţia kinestezică creează o schemă obiectivă integrală asupra corpului, a diferitelor sale segmente, în diversele momente de solicitare statică şi dinamică.

Figura nr. 13 – Schemă ce reprezintă reflexum miotatic la cvadriceps (www.academic.uofs.edu) Fusul neuromuscular se compune din fibre musculare modificate incluse într-o capsulă conjunctivă. Se află într-un număr de 7-10 fibre mai subţiri şi mai scurte decât fibrele musculare striate din apropiere, denumite fibre intrafusale. În plus, se deosebesc de fibrele extrafusale prin aceea că prezintă striaţii la capete, iar nucleii sunt aglomeraţi în zona centrală. Fibrele intrafusale se divid în două categorii:  fibrele sacului nuclear, cu un diametru de 20 μm, mai groase şi mai lungi, care au acumulaţi nucleii în zona mediană,  a doua categorie de fibre care sunt mai subţiri şi mai scurte, la care nucleii sunt aşezaţi în şir indian, în linie, sunt fibrele lanţului nuclear. Fibrele intrafusale sunt fixate pe tendoane în paralel cu fibrele extrafusale. Fusurile neuromusculare sunt dotate cu inervaţie senzitivă şi cu inervaţie motorie. În zona centrală, atât pe fibrele sacului nuclear, cât şi pe cele ale lanţului nuclear se înfăşoară o fibră nervoasă groasă Aα cu diametru până la 20μm, care-şi trimite prelungirea până în măduvă, 30

prelungire care vine în contact direct cu motoneuronul α din coarnele anterioare ale măduvei. O colaterală a acestor fibre senzitive urcă în măduvă şi formează fasciculele spino-cerebeloase. Receptorii ce se localizează în zona centrală a fusului neuromuscular sunt proprioreceptorii propriu-zişi.

Figura nr. 14 – Schemă ce reprezintă fusul neuromuscular şi transmiterea sinaptică în cadrul reflexelor miotatice (www.scrigroup.com) Receptorii înfăşuraţi în partea mijlocie a fusului se numesc receptori anulo-spirali. Pe lângă acest receptor, mai ales pe fibrele lanţului nuclear şi mai puţin pe fibrele sacului nuclear, se găseşte receptorul eflorescent, reprezentat de o ramificaţie de la care pornesc fibre mielinice Aβ, cu diametrul de 8 μm. Aceste fibre, ajunse în măduvă, pot face sinapsa direct cu motoneuronii α sau vin în contact cu neuronii intercalari. Fusul neuromuscular are şi o inervaţie motorie dată de fibrele Aγ care sunt şi ele de două tipuri: γ1 (fibrele dinamice) care ajung la extremităţile fibrei sacului nuclear şi care se termină sub formă de placă motorie, şi a doua categorie reprezentată de fibrele γ2 (fibrele statice), care se termină ramificat pe fibrele lanţului nuclear. Dacă se excită motoneuronii γ1 se produce o contracţie rapidă a extremităţii fibrei intrafusale (contracţia apare ca o secusă), pe când la stimularea fibrei γ2 contracţia este lentă şi susţinută. Stimularea poate fi făcută fie pasiv, fie activ. Stimularea pasivă se realizează prin alungirea muşchiului, prin tracţiune sau prin întindere. Stimularea activă se datorează contracţiei extremităţilor fibrelor intrafusale, care întind astfel zona centrală dotată cu receptori, producând astfel excitarea acestora. Excitarea receptorilor se transmite direct la motoneuronii α din coarnele anterioare ale măduvei, determinând contracţia muşchiului striat căruia aparţine fusul neuromuscular. Ce diferenţe există între cei doi proprioreceptori anulo-spiral şi eflorescent? Când se produce o alungire pasivă a muşchiului se constată în receptorul anulospiral o descărcare foarte intensă de impulsuri în momentul iniţierii întinderii zonei centrale a fibrelor intrafusale şi impulsuri mai rare în perioada întinderii susţinute. La receptorul eflorescent, descărcările sunt mai intense când muşchiul rămâne alungit. Deci, receptorii anulo-spirali sunt receptori dinamici, ce răspund la viteza de alungire şi schimbările bruşte de lungime, pe când receptorii eflorescenţi sunt receptori statici care descarcă impulsuri tot timpul cât muşchiul este întins. Declanşarea reflexului se produce prin ciocnirea muşchiului sau tendonului care provoacă alungirea pasivă a muşchiului. Este suficientă o întindere a muşchiului cu 0,05 mm pe o durată de 1/20 s pentru ca receptorul fusului neuromuscular să poată fi excitat. Reflexul rotulian are o latenţă de circa 20 ms. Latenţa se explică nu atât prin transmiterea influxului 31

nervos prin fibre de altfel foarte rapide Aα (120 m/s), dar, mai ales, prin întârzieri la nivelul singurei sinapse între neuronul senzitiv şi cel motor, de 0,5 ms. Rolul reflexelor miotatice Reflexele miotatice ajută, în primul rând, la menţinerea posturii verticale. Sub influenţa forţei gravitaţionale, genunchii au tendinţa să se îndoaie. Datorită poziţiei, îndoirea genunchilor determină întinderea muşchilor cvadricepşi, care vor declanşa un reflex miotatic ce produce contracţia acestor muşchi şi readucerea organismului în poziţia anterioară. Fără existenţa reflexelor miotatice poziţia ortostatică ar fi imposibilă. În al doilea rând, reflexele miotatice fac ca răspunsurile motorii să devină line, progresive şi să nu apară răspunsuri motorii spasmodice. Scoţând din funcţie fusurile neuromotorii prin secţionarea rădăcinilor posterioare, stimulii motori corticospinali determină o serie de contracţii inegale, smucite, spasmodice. Deci, impulsurile motorii, mai ales cele de provenienţă superioară, nu au o intensitate constantă. Pe calea motorie superioară trebuie să se interpună un amortizor reprezentat de fusurile neuromotorii. Impulsurile motorii corticale se transmit atât motoneuronilor α, cât şi motoneuronilor γ. Motoneuronii γ contractă exclusiv fibrele intrafusale în aşa fel încât, pe parcursul contracţiei muşchiului striat, fusul neuromuscular îşi păstrează sensibilitatea. Dacă s-ar excita experimental doar motoneuronul α, ar avea loc numai contracţia fibrelor extrafusale, fără contracţia fibrelor intrafusale, iar descărcările din receptorul fusului ar dispărea. În practica medicală se explorează componenta dinamică prin ciocănirea tendonului sau a masei musculare. Lipsa reflexelor osteotendinoase ne poate indica prezenţa unei leziuni medulare. Reflexul rotulian are centrul în măduva L4-L5 şi calea de conducere este asigurată de nervul crural, iar reflexul achilian are centrul în S1 şi calea de conducere este reprezentată de nervul sciatic. Rolul funcţional al motoneuronilor γ Motoneuronii γ stimulează extremităţile fibrelor intrafusale. În mod obişnuit, motoneuronii γ primesc impulsuri de la fasciculul reticulospinal, cu acţiune facilitatoare (stimulatoare). Datorită impulsurilor primite de la acest fascicul, motoneuronii γ determină contracţia extremităţilor fusului neuromuscular. Această contracţie excită receptorii anulo-spirali care vor determina excitarea motoneuronilor α (fig. 1.32). Excitaţia motoneuronului α se transmite fibrelor extrafusale. Circuitul descris se numeşte bucla γ şi este, practic, un circuit şi jumătate. Bucla γ are importanţă în menţinerea tonusului muscular. Tonusul este starea de semicontracţie a muşchiului sau rezistenţa la modificarea poziţiei articulaţiei prin motoneuronii γ. Ca dovadă că fasciculul reticulospinal este important în menţinerea tonusului este faptul că, în cursul somnului, condiţie în care tonusul fasciculului reticulospinal scade, şi tonusul muscular scade. Invers, în stările de anxietate, reflexele miotatice sunt exagerate (e.g. reflexograma achiliană în hipertiroidism). Motoneuronii γ facilitează prin acest efect reflexele miotatice şi le exagerează. Neuronii inhibitori din măduvă În afară de influenţele facilitatoare, s-au descris şi efecte inhibitoare asupra reflexelor medulare datorită prezenţei în cornul anterior al măduvei a unor neuroni inhibitori evidenţiaţi în anul 1941 de către Renshaw. Aceste celule Renshaw primesc colaterale de la motoneuronii α din măduvă, iar prelungirile lor ajung tot la motoneuronii α de la care au primit colateralele, precum şi la motoneuronii învecinaţi. Stimularea celulelor Renshaw produce inhibarea motoneuronilor α şi a celulelor învecinate. Inhibiţia se poate exercita atât la nivelul fibrelor senzitive care fac sinapsa cu motoneuronul α, în cazul când celulele Renshaw se termină pe acestea, situaţie în care avem de a face cu o inhibiţie presinaptică, cât şi asupra pericarionilor motoneuronilor α, când celulele Renshaw fac sinapsă pe corpul celular, situaţie în care avem o inhibiţie postsinaptică sau recurentă. Mediatorul chimic dintre fibrele colaterale ale motoneuronului α şi celulele Renshaw este acetilcolina, iar între prelungirile celulelor Renshaw şi motoneuronului α este GABA (acidul gama-aminobutiric) sau glicina, mediatori inhibitori. Datorită celulelor inhibitorii Renshaw se împiedică ambalarea activităţii celulelor α şi extinderea excitării neuronilor învecinaţi, ameliorându-se astfel precizia mişcărilor. Neuronii Renshaw pot fi scoşi din funcţie 32

prin injectarea toxinei tetanice. Ca urmare, stimulii slabi pot determina contracţii tetanice tonicoclonice. Şi stricnina produce contracţii similare, dar ea inhibă eliberarea glicinei, mediator chimic inhibitor din măduva spinării. Se consideră că neuronii Renshaw intervin în reacţiile dinamice, iar, la bolnavii cu spasmofilie, ar lipsi efectele inhibitorii ale neuronilor Renshaw. Fibrele fusurilor neuromusculare sunt paralele cu cele extrafusale şi reprezintă un mecanism feed-back care menţine întinderea constantă a musculaturii. Corpusculii tendinoşi Golgi Reflexele miotatice pot fi provocate şi de corpusculii tendinoşi Golgi. Ei se află la locul de unire între muşchi şi tendon, mai mult în tendon. Corpusculul tendinos Golgi este o prelungire periferică, extrem de ramificată şi încapsulată a unei fibre mielinice de tip Aα. Pe capsula receptorului tendinos Golgi se fixează 15-25 fibre musculare striate. Receptorul Golgi este mai puţin sensibil şi este aşezat în serie cu fibrele musculare striate. Stimularea corpusculilor tendinoşi Golgi se produce prin întinderea receptorului în cursul contracţiei musculare. Din cauza întinderii receptorului se produce o excitare a acestuia, care se conectează la nivelul măduvei cu neuronii intercalari inhibitorii, ce produc blocarea contracţiei musculare. Acest fenomen se mai numeşte reflex miotatic inversat şi are rolul de a preveni smulgerea tendonului de pe inserţia sa şi ruperea muşchiului în cursul contracţiei. Deci, contracţiile foarte puternice produc relaxarea musculară, reacţie numită autogenă. În cazul reflexelor miotatice, excitantul natural îl constituie gravitaţia. Un reflex miotatic investigat în clinică îl reprezintă clonusul ce rezultă din oscilaţia forţei de întindere care acţionează asupra muşchiului. El poate fi uşor de evidenţiat la nivelul articulaţiilor genunchiului sau ale gleznei. Dacă ne plasăm în vârful picioarelor lăsând greutatea pe spate, muşchii gastrocnemieni se întind prin coborârea călcâielor. Stimulul de întindere este transmis de la fusurile neuromusculare ale gastrocnemianului la măduva spinării. Aceasta excită în mod reflex, prin motoneuronii respectivi, gastrocnemienii care se contractă şi ridică din nou corpul pe vârfurile picioarelor. După puţin timp, contracţia reflexă a muşchilor ia sfârşit şi corpul cade din nou pe spate, întinzând gastrocnemienii. Fusurile neuromusculare vor fi din nou excitate şi întreg ciclul se reia. Aceste oscilaţii ale reflexului miotatic constituie starea de clonus şi apare numai când reflexul este facilitat puternic prin impulsuri descendente din etajele nervoase superioare, în special din bulb. Într-un reflex miotatic intervine întotdeauna un neuron intercalar inhibitor care blochează muşchii antagonişti, fenomen numit inhibiţie reciprocă (inervaţia se numeşte inervaţie reciprocă). Reflexele de flexiune Reflexele de flexiune se mai numesc reflexe exteroceptive sau reflexe nociceptive. Stimulii care le declanşează sunt mai ales stimuli algici, aplicaţi pe tegumente sau subcutanat. Receptorii tactili, presionali, termici sau dureroşi reprezentaţi de ramificaţiile nervoase libere pot declanşa reflexul de flexiune. Există în prezent indicii că şi de la nivelul musculaturii pot porni stimuli responsabili de producerea acestui reflex. Fibrele senzitive sosite de la receptorii cutanaţi fac sinapsă cu neuronii intercalari. Unii dintre aceştia stimulează motoneuronii ce inervează muşchii flexori, în timp ce alţii inhibă activitatea motoneuronilor ce inervează muşchii extensori. Spre deosebire de reflexele miotatice care sunt reflexe monosinaptice, reflexele de flexiune sunt polisinaptice. În calea acestor reflexe se intercalează circa 6-10 interneuroni. Prezenţa mai multor sinapse face ca perioada de latenţă a reflexului de flexiune să fie mult mai lungă. Iradierea excitaţiei se face la toţi muşchii care participă la reflexul de flexiune, iar răspândirea se face în întreaga măduvă. La om, acest reflex se poate demonstra prin stimularea algică a părţii mediene a antebraţului, care produce o flexie, dar şi abducţie. Excitarea pe partea dorsală determină extensia braţului şi o abducţie.

33

Propagarea excitaţiei se face prin neuronii intercalari prin procesul de divergenţă sau convergenţă. Răspândirea excitaţiei a fost demonstrată de Pfluger pe broasca spinală. În funcţie de intensitatea stimulului, se produce iradierea în măduvă a excitaţiei. Pfluger a luat broasca spinală şi i-a introdus laba piciorului într-o soluţie slab acidulată, constatând retracţia numai a labei. La o soluţie mai acidulată are loc retracţia membrului posterior în întregime. Când soluţia este mai acidă, în reacţia de răspuns sunt antrenate ambele membre posterioare. Un agent şi mai nociv determină iradierea excitaţiei şi la membrele anterioare. În sfârşit, aciditatea foarte puternică produce generalizarea contracţiei, care interesează şi coloana vertebrală. Pfluger a demonstrat astfel legile activităţii medulare ce se referă la amplitudinea reacţiilor: legea localizării, unilateralităţii, bilateralităţii, iradierii, a generalizării şi coordonării. Prin circuitul de neuroni intercalari are loc şi inhibiţia reciprocă, în sensul că muşchii antagonişti sunt inhibaţi. Reflexele de flexiune recrutează toate căile medulare, chiar şi pe cele implicate în alte activităţi, din cauză că aceste reflexe sunt provocate mai ales de factori nocivi. Reflexele de flexiune sunt asociate cu reflexele de extensie încrucişată. Când se produce flexia într-un membru apare extensia în membrul opus. Această reacţie apare după 200-500 ms, ceea ce trădează faptul că, pe traiectul reflexului de extensie încrucişată, există un număr mare de neuroni intercalari. În cadrul reflexelor de flexiune, mai ales cele ale membrului inferior au importanţă la om. Pe fondul reflexului de flexie deja descris, impulsurile aduse de neuronii senzitivi de la membrul stimulat trec în partea opusă a măduvei (având la bază mecanismul inervaţiei reciproce a centrilor nervoşi). Aici, prin intermediul unor neuroni intercalari, se inhibă motoneuronii muşchilor flexori şi se stimulează neuronii muşchilor extensori. Datorită acestui reflex se produce susţinerea membrului inferior care suportă greutatea corpului în ortostatism şi în mers. Postdescărcările în reflexele de extensie încrucişată sunt mai îndelungate, ajutând organismul pentru îndepărtarea agentului nociv. Cel mai tipic este reflexul la atingerea unei suprafeţe fierbinţi sau înţepătură, în care apare reflexul de flexie. Reflexele de flexiune se explorează prin zgârierea pielii cu un ac. Avem astfel reflexul cutanat abdominal, în care se produce zgârierea segmentară a pielii abdominale şi în care se observă contracţia muşchilor abdominali, mai ales a dreptului abdominal. Un alt reflex polisinaptic investigat este reflexul cremasterian, declanşat prin iritarea pielii de pe suprafaţa internă a coapselor. Se constată contracţia muşchiului cremaster care ridică scrotul. Şi, în fine, un al treilea reflex este reflexul cutanat plantar, în care se irită marginea externă a plantei. Apare o flexie plantară a degetelor. Reflexele ritmice medulare intersegmentare Aceste reflexe se datorează prezenţei unor neuroni intercalari propriospinali. Pericarionul acestor neuroni se află în măduvă, prelungirile ies în substanţa albă, se extind la câteva metamere, dar nu părăsesc măduva, formând, deci, căi propriospinale. Căile intersegmentare sunt responsabile de coordonarea activităţii motorii a membrelor inferioare şi superioare, precum şi a activităţii muşchilor gâtului. Declanşarea reflexelor intersegmentare este făcută de stimulii tactili şi stimulii porniţi de la receptorul eflorescent din fusul neuromuscular. Receptorii anulo-spiral şi corpusculii Golgi nu sunt implicaţi în acest reflex. Dintre reflexele ritmice intersegmentare amintim reflexul de grataj şi reflexul de locomoţie. Reflexul de grataj este un reflex complex la care participă circa 20 de muşchi. Reflexul constă în localizarea şi îndepărtarea agentului prurigen. Pentru efectuarea acestui lucru se deplasează membrul posterior sau superior în zona factorului iritant. Urmează mişcările de du-te vino ale membrului datorită intrării în acţiune a unor circuite reverberante, în care sunt excitaţi ritmic agonişti, apoi antagonişti. Mişcările labei sunt comandate de circuite reverberante din măduvă. Reflexul de locomoţie. Reflexul de locomoţie poate fi demonstrat şi pe un animal spinal, cu secţiunea măduvei la nivelul C4-C5. La un astfel de animal suspendat într-un hamac, este suficientă atingerea labei pentru a începe mişcările de locomoţie alternative ale celor patru labe, care mimează mersul, ca şi cum s-ar deplasa pe un suport solid. De aici reiese că programul 34

reflexelor de locomoţie se află în măduva spinării. La copilul mic, când face primii paşi, se activează centrii locomotori spinali de către stimulii cutanaţi tactili plantari, prin circuite reverberante medulare. Pe măsură ce sistemul nervos se maturizează, centrii motori medulari ajung sub comanda centrilor mezencefalici şi centrilor motori corticali. La adult, centrii medulari nu pot comanda reflexul locomotor. Funcţia de conducere - este realizată cu ajutorul căilor nervoase grupate în cordoane de substanţă albă. Prin măduva spinării are loc atât conducerea ascendentă a informaţiilor culese la nivelul receptorilor spre centrii, cât şi conducerea în sens descendent a comenzilor eleborate la nivelul centrilor superiori, spre aparatul elementar reflex medular şi organelor efectoare. a. Căile ascendente medulare sunt căi ale sensibilităţii. La modul general, fiecare sensibilitatea se transmite de la periferie spre centrii corticali de analiză şi sinteză, printr-un lanţ de cel puţin trei neuroni senzitivi: -protoneuronul (primul neuron senzitiv) este localizat ganglionul spinal de pe rădăcinile posterioare ale nervilor rahidieni (neuronul pseudounipolar); prelungirea sa dendritică merge la periferie unde vine în contact cu receptorul iar prelungirea axonică pătrunde în măduvă unde face sinapsă cu al doilea neuron; -deutoneuronul (al doilea neuron senzitiv) este localizat fie în coarnele posterioare ale măduvei fie ale bulbului. Axonii acestor neuroni formează căile senzitive spinotalamice sau bulbotalamice (lemniscul medial) ce ajung în talamus unde fac sinapsă cu al treilea neuron; -tritioneuronul (al treilea neuron senzitiv) se află în talamus, la nivelul nucleului ventral posterolateral (pentru sensibilitatea trunchiului) şi în nucleul ventral posteromedial (pentru sensibilitatea capului şi gâtului. Axonii celor de-ai treilea neuroni senzitivi, formează căile talamocorticale ce se proiectează pe aria somestezică corticală, din lobul parietal, în câmpurile 3,1 şi 2.

Figura nr. 15 – Căile ascendente ale măduvei spinării (www.lefo.ro)

35

Căile ascendente medulare, după natura stimulilor pe îi conduc sunt grupate în căile sensibilităţii termice şi dureroase, căile sensibilităţii tactile, proprioceptive şi interoceptive. Căile sensibiltăţii termice şi dureroase. Receptorii sunt situaţi în piele şi sunt reprezentaţi de terminaţiile libere pentru sensibilitatea dureroasă şi corpusculii Krausse pentru rece şi corpusculii Ruffini pentru cald. Protoneuronul se află în ganglionul spinal şi este neuronul pseudounipolar, a cărei dndrită lungă, ajunge la receptori iar axonul pătrunde prin rădăcina posterioară în măduvă. Deutoneuronul se află în neuronii senzitivi din cornul posterior al măduvei. Axonul lui trece în cordonul lateral opus (prin comisura cenuşie anterioară) unde formează fasciculul spinotalamic lateral care, în traiectul său ascendent, străbate măduva şi trunchiul cerebral, îndreptându-se spre talamus. Al treile neuron se află în talamus; axonul său se proiectează pe scoarţa cerebrală, în aria somestezică I din lobul parietal, girusul postcentral, câmpurile 3, 1, 2. Calea sensibilităţii tactile protopatice (grosiere) are receptorii situaţi în piele şi reprezentaţi de corpusculii Meissner şi discurile tactile Merkel. Protoneuronul este neuronul,pseudounipolar a cărui dendrită se conectează cu receptorii iar axonul pătrunde în măduvă prin rădăcina posterioară. Deutoneuronul este reprezentat de neuronii senzitivi din cornul posterior; axonul lui trece în cordonul anterior opus, alcătuind fasciculul spinotalamic anterior care ajunge la talamus. Al treilea neuron se află în talamus şi axonul său se proiectează în aria somestezică I. Calea sensibilităţii tactile epicritice (fină). Receptorii sunt aceeaşi ca şi pentru sensibilitatea tactilă protopatică, însă cu un câmp receptor mai mic. Protoneuronul se află în ganglionul spinal şi dendrita sa ajunge la receptori. Axonul său, de asemenea lung, pătrunde în cordonul posterior, formând fasciculul Goll şi fasciculul Burdach. Faciculul Burdach apare numai în măduva toracală superioară şi în măduva cervicală. Aceste două fascicule se mai numesc şi fascicule bulbare, deoarece urcă spre bulb unde face sinapsă cu deutoneuronul. Deutoneuronul se află în bulb, în nucleii Goll (gracilis) şi Burdach (cuneat). Axonii deutoneuronilor se încrucişează şi formează decusaţia senzitivă după care devin ascendenţi şi formează lemniscul medial care se îndreaptă spre talamus. Al treilea neuron se află în talamus şi axonul său se proiectează în aria somestezică I. Calea sensibilităţii proprioceptive conştiente reprezintă sensibilitatea kinestezică (simţul poziţiei şi al mişcării corpului în spaţiu şi utilizează calea fasciculelor Goll şi Burdach împreună cu sensibilitatea tactilă epicritică având însă receptori proprii (proprioceptori): corpusculii neurotendinoşi Golgi, corpusculii Ruffini, Pacini şi terminaţiile nervoase libere. Utilizează cale cordoanelor posterioare împreună cu calea sensibilităţii epicritice descrisă mai sus. Calea sensibilităţii proprioceptive inconştiente este implicată în controlul mişcării şi realizează simţul tonusului muscular. Receptorii acestei căi sun fusurile neuromusculare. Protoneuronul este neuronul pseudounipolar din ganglionul spinal; dendrita sa ajunge la receptori iar axonul pe calea rădăcinii posterioare ajunge în substanţa cenuşie a măduvei. Deutoneuronul se află în neuronii senzitivi din cornul posterior al măduvei şi axonul său se poate comporta în două moduri: fie se duce în cordonul lateral, de aceeaşi parte formând fasciculul spinocerebelos dorsal, direct, Flechsig; fie ajunge în cordonul lateral de partea opusă, deci se încrucişează, deci formează fasciculul spinocerebelos ventral, încrucişat, Gowers. Ambele fascicule au un traiect ascendent, străbat măduva şi ajung în trunchiul cerebral, unde se comportă diferit: - fasciculul Flechsig străbate numai bulbul, şi pe calea pedunculului cerebelos inferior ajunge la cerebel; 36

- fasciculul Gowers străbate bulbul, puntea şi mezencefalul şi apoi, prin pedunculii cerebeloşi superiori ajunge la cerebel. Calea sensibilităţii interoceptive este o cale spinoreticulară, multisinaptică, localizată în profunzimea substanţei albe şi în jurul canalului ependimar. În condiţii normale, viscerele nu reacţionează la stimulii mecanici, termici, chimici, iar influxurile nervoase interocepative nu devin conştiente. Numai în condiţii anormale viscerele pot fi punctul de plecare al senzaţiei dureroase. Receptorii se găsesc în pereţii vaselor de sânge şi ai organelor interne (viscere) sub formă de terminaţii libere sau corpusculi lamelaţi. Protoneuronul este neuron pseudounipolar; dendrita lui ajunge la receptori iar axonul pătrunde în măduvă. Deutoneuronul se află în măduvă; axonii lor intră în alcătuirea fasciculului spinoreticulo-talamic şi, din aproape în aproape (deci multe sinapse şi conducere lentă) impulsurile nervoasea ajung la talamus. Al treilea neuron se află în talamus. Zona de proiecţie corticală este difuză. b. Căile descendente medulare sunt căi motorii ce conduc comenzile motorii şi secretorii de la centrii encefalici spre organele efectoare. Schematic, căile descendente se grupează în: căi visceromotorii şi viscerosecretorii pe de o parte şi căi somatomotorii pe de altă parte.

Figura nr. 16 – Căile descendentee ale măduvei spinării (www.lefo.ro) Căile visceromotorii şi viscerosecretorii, transmit comenzile respective la centrii vegetativi simpatici şi parasimpatici din coarnele laterale. Prin aceste căi se reglează activitatea principalelor organe interne şi aparatului cardiovascular. 37

Căile somatomotorii se împart în: căi piramidale şi căi extrapiramidale. Calea piramidală (corticospinală) cu originea în scoarţa cerebrală are rolul de a transmite comanda voluntară motorie spre motoneuronul α (alfa) din coarnele anterioare ale măduvei spinării. Fasciculul piramidal are origini corticale diferite: aria motorie (câmpul 4), aria premotorie (câmpul 6), aria somestezică (câmpurile 3, 2, 1). Fibrele fasciculului piramidal (care sunt axonii celulelor gigantice Betz) străbat descendent trunchiul cerebral şi, ajunse la nivelul bulbului , se comportă diferit:  90% din fibre se încrucişează la nivelul bulbului (decusaţia piramidală), formând fasciculul piramidal încrucişat (corticospinal lateral) care ajunge în cordonul lateral al măduvei;  10% din fibrele fasciculului piramidal nu se încrucişează şi formează fasciculul piramidal direct (corticospinal anterior) care ajunge în codonul anterior de aceeaşi parte, fiind situat lângă fisura mediană. În dreptul fiecărui segment medular, o parte din aceste fibre părăsesc acest fascicul, se încrucişează şi vor face sinapsă tot cu motoneuronii α din coarnele anterioare ale măduvei. În traiectului prin trunchiul cerebral, din fibrele fasciculului piramidal se descprind fibre corticonucleare care ajung la nucleii motori ai nervilor cranieni (omologi coarnelor anterioare ale măduvei). În concluzie, calea sistemului piramidal are doi neuroni: - un neuron cortical, central, de comandă; - un neuron inferior, periferic sau de execuţie care poate fi situat în cornul anterior al măduvei sau în nucleii motori ai nervilor cranieni; acest neuron este denumit şi calea finală comună deoarece asupra lui converg toate căile descendente. Leziunea lui duce la paralizie flască şi atrofie musculară. Calea extrapiramidală poate avea origine corticală sau în etajele subcorticale şi controlează motilitatea involuntară automată şi semiautomată. Indiferent de origine, aceste căi fac una sau mai multe întreruperi la nivelul unor nuclei extrapiramidali subcorticaliv (corpii striaţi, substanţa neagră sau nucleul roşu) şi se termină pe motoneuronii α sau γ (alfa sau gama) din coarnele anterioare ale măduvei. În cadrul sistemului extrapiramidal menţionăm următoarele fascicule:  fasciculul tectospinal, cu originea în tectum (lama cvadrigemina), situat pe faţa posterioară a mezencefalului; ajunge în cordonul anterior;  fasciculul vestibulospinal, cu originea în nucleii vestibulari din bulb; ajunge în cordonul anterior;  fasciculul rubrospinal, cu originea în nucleul roşu din mezencefal; ajunge în cordonul alteral;  fasciculul reticulospinal, cu originea în formaţiunea reticulară atrunchiului crebral; ajunge în cordonul lateral;  fasciculul olivospinal, cu originea în oliva bulbară; ajunge în cordonul lateral. Şi fasciculele extrapiramidale ajung în final la neuronii motori din coarnele anterioare ale măduvei permiţând reglarea tonusului muscular, activitatea motorie, menţinerea posturii şi echilibrului corpului. Controlul suprasegmentar al activităţii reflexe medulare Reflexele segmentare medulare sunt coordonate prin căile descendente de către centrii nervoşi encefalici. Aceste zone au efecte facilitatoare sau inhibitoare asupra interneuronilor medulari şi, prin intermediul acestora, asupra excitabilităţii motoneuronilor din coarnele anterioare ale măduvei. Deasupra măduvei se plasează trunchiul cerebral alcătuit din bulb, protuberanţă şi mezencefal. Trunchiul cerebral este o prelungire a măduvei spinării în interiorul cavităţii craniene. Funcţiile senzitive şi motorii ale organismului depind în bună măsură de activitatea trunchiului cerebral. Trunchiul cerebral joacă un rol extrem de important în controlul activităţilor 38

vitale ale organismului cum ar fi: controlul respiraţiei, al activităţii aparatului cardiovascular, al activităţii tubului gastrointestinal, în menţinerea echilibrului, în coordonarea mişcărilor globului ocular ş.a.. Rolul trunchiului cerebral în motricitate este implicat în menţinerea poziţiei şi stării de echilibru a corpului în repaus şi în mişcare. Acest rol se exercită prin două tipuri de reflexe: statice şi statokinetice. Reflexele statice permit menţinerea posturii şi redresarea corpului în momentul în care starea de echilibru a fost perturbată. Reflexele stato-kinetice joacă rol în păstrarea echilibrului corpului aflat în mişcare. Ele îşi exercită rolul funcţional mai ales în cursul unor mişcări neuniforme, cum ar fi accelerările sau încetinirea mişcărilor liniare sau angulare. Controlul activităţilor reflexe al formaţiunilor nervoase superioare măduvei a fost evidenţiat prin secţionarea căilor descendente la diferite niveluri ale axului cerebro-spinal. Secţiunea măduvei spinării la nivelul C4-C5 întrerupe legătura dintre centrii nervoşi superiori şi măduvă, care se soldează cu o perioadă de şoc spinal, după care măduva îşi reia activitatea sa reflexă autonomă. Un astfel de preparat experimental este denumit animal spinal. Secţiunea efectuată între bulb şi punte ne evidenţiază efectul pe care-l joacă nucleii vestibulari asupra motoneuronilor medulari. Această secţiune duce la exagerarea tonusului muscular mai ales în muşchii antigravitaţionali (extensori) şi apariţia stării de opistotonus caracterizată prin curbarea coloanei vertebrale şi extensia rigidă a membrelor. Secţiunea efectuată în zona mijlocie a mezencefalului, între coliculii cvadrigemeni, efectuată de Sherrington în 1906, duce la obţinerea rigidităţii de decerebrare caracterizată printro contracţie foarte puternică a extensorilor. Întregul corp al animalului devine rigid. Apare o hiperextensie a coloanei vertebrale, a celor patru membre care devin extrem de rigide. O secţiune efectuată sub talamus, situată deasupra mezencefalului duce la obţinerea animalului mezencefalic, pe care se studiază rolul mezencefalului în motricitate. Secţiunea înaintea talamusului duce la preparatul numit talamic, iar îndepărtarea cortexului cerebral duce la preparatul numit animal decorticat. La acest animal se observă creşterea tonusului extensorilor membrelor de partea opusă a leziunii encefalice. Din aceste observaţii experimentale putem conchide că între aceste două secţiuni se află structurile responsabile de apariţia rigidităţii de decerebrare. Această structură a fost evidenţiată şi studiată în 1946 de Magoun şi Rhines şi este formaţiunea reticulară a trunchiului cerebral. Din punct de vedere funcţional, formaţiunea reticulară este organizată într-un sistem activator ascendent şi două sisteme descendente: unul facilitator şi altul inhibitor. În controlul activităţii reflex medulare un rol îl joacă sistemele descendente ale formaţiunii reticulare. Deci, avem două sisteme descendente ale formaţiei reticulare: 1. Sistemul facilitator descendent este localizat în porţiunea dorsală şi laterală a trunchiului cerebral şi se întinde în întreg trunchiul cerebral de la hipotalamus până la bulb. Stimularea acestei zone a formaţiunii reticulare determină exagerarea reflexelor medulare extensoare, instalându-se o stare foarte asemănătoare cu rigiditatea de decerebrare şi inhibarea concomitentă a reflexelor de flexiune. 2. Sistemul inhibitor descendent al formaţiei reticulare este localizat în partea ventrală şi mediană a bulbului. Excitarea acestei zone din formaţiunea reticulară bulbară va duce la dispariţia rigidităţii la un animal cu rigiditate de decerebrare. Stimularea la un animal normal duce la inhibarea reflexelor miotatice şi a reflexelor de flexiune medulare. Sistemul facilitator descendent al formaţiei reticulare descarcă impulsuri în mod spontan, pe când cel inhibitor este, de fapt, o staţie de releu pentru impulsurile ce sosesc pe căile descendente de la centrii nervoşi superiori. Rigiditatea de decerebrare se explică prin abolirea influenţelor inhibitoare ale sistemului nervos central asupra formaţiunii reticulare a trunchiului cerebral. Astfel de impulsuri inhibitoare pornesc din: 1) cortexul motor din aria 4S (supresoare) aflată anterior de aria motorie precentrală din lobul frontal; 2) de la corpii striaţi ai nucleilor bazali (nucleul caudat şi putamen); 3) de la suprafaţa anterioară a cerebelului. Decorticarea creşte tonusul extensorilor membrelor inferioare de partea opusă. Dacă se distrug nucleii mezencefalici, tonusul extensorilor creşte şi în membrele superioare. De aici 39

rezultă rolul reglator, inhibitor, pe care-l exercită cortexul cerebral şi nucleii mezenecefalici asupra nucleilor vestibulari bulbari. Prin secţionarea intercoliculară mediomezencefalică se rupe echilibrul fiziologic între cele două sisteme descendente ale formaţiunii reticulare, în favoarea efectelor facilitatoare, prin abolirea influenţelor inhibitoare corticale, subcorticale şi cerebeloase. Prin rigiditatea de decerebrare şi explicarea mecanismului său de producere s-au descoperit, de fapt, mecanismele reflexe care ajută persoana să-şi susţină greutatea corporală împotriva gravitaţiei. În formaţiunea reticulară a trunchiului cerebral sunt integrate informaţiile senzitive, aferenţele vestibulare asupra echilibrului, comenzile motorii corticale şi din nucleii bazali şi semnalele asupra mişcării corpului, din cerebel. Cu ajutorul acestui mare aflux de informaţii, formaţiunea reticulară controlează multe activităţi motorii involuntare şi participă la menţinerea posturii şi echilibrului. Reflexele bulbare de reglare a tonusului musculaturii extensoare au ca punct de plecare proprioceptorii musculari şi receptorii vestibulari din urechea internă.

Rezumatul unităţii de studiu Pentru a putea aplica un tratament care să influenţeze direct cauza bolii, trebuie cunoscute în primul rând mecanismele fiziologice ale organismului ca ulterior să se înteleagă foarte clar mecanismele fiziopatologice, doar aşa putânduse lua o atitudine terapeutică corectă şi eficientă. În acest sens, în această unitate de curs, sunt prezentate modul de organizare şi funcţionare ale măduvei spinării, precum şi modalitatea de influenţare a diferitelor funcţii ale organismului.

Autoevaluare 1. 2. 3. 4.

Explicaţi funcţia motorie a măduvei spinării Explicaţi funcţia reflexă a măduvei spinării Prezentaţi căile ascendente ale măduvei spinării Prezentaţi căile descendente ale măduvei spinării

Tema de control nr. 3: Realizaţi o planşă în care să reprezentaţi căile ascendente şi căile descendente ale măduvei spinării.

MODULUL IV. Elemente de neuro-fiziologie a trunchiului cerebral Scopul modulului 

Înţelegerea noţiunilor privind neuro-fiziologia trunchiului cerebral.

Obiective operaţionale  

40

Cunoaşterea modalităţilor de funcţionare a trunchiului cerebral şi de influenţare şi reglare a diverselor aparate şi sisteme ale organismului Rolul trunchiului cerebral în realizarea homeostaziei mediului intern cu cel extern şi a mediului intern cu cel intern.

Fiziologia bulbului La nivelul bulbului întâlnimcele două funcţii fundamentale ale sistemului nervos: funcţia reflexă şi funcţia de conducere. a. Funcţia reflexă În bulb se închid numeroase reflexe dintre care unele au rol vital. Distrugerea bulbului duce la moarte imediată. Principalele reflexe bulbare sunt cele digestive, circulatorii şi respiratorii. Reflexele reglatorii ale activităţilor secretorii şi motorii ale tubului digestiv sunt: reflexul salivar al glandei parotide cu centrul în nucleul salivator inferior, centrii gastrosecretori, pancreatosecretori, bilisecretori cu centrii în nucleul dorsal al vagului. Tot prin nucleul dorsal al vagului se stimulează partea finală a deglutiţiei, activitatea motorie a stomacului, intestinului subţire şi a primei jumătăţi a intestinului gros, precum şi excreţia biliară. Reflexele reglatorii ale aparatului cardiovascular. Bulbul este sediul reflexelor cardioinhibitorii (al căror efector este tot nervul vag) precum şi al unor reflexe vasomotorii constrictorii şi dilatatorii (vezi reglarea nervoasă a circulaţiei). Reflexele de reglare ale aparatului respirator sunt reflexele inspiratorii, expiratorii. reflexe Hering-Breuer, reflexele de tuse şi strănut (vezi reglarea nervoasă a respiraţiei). În afara acestor reflexe, datorită prezenţei nucleilor vestibulari, bulbul paricipă împreună cu alte etaje ale trunchiului cerebral la reflexele de redresare, postură şi echilibru, iar prin formaţia reticulată şi la reglarea tonusului muscular şi la reacţia de trezire corticală. b. Funcţia de conducere. Prin bulb trec toate căile ascendente şi descendente descrise la măduvă. În afară de acestea, bulbul conţine şi căi de conducere ce leagă bidirecţional nucleii săi proprii de cerebel, măduva spinării sau de etajele superioare.

Figura nr. 17 – Imagine reprezentând configuraţia externă a trunchiului cerebral (www.mademan.go.ro) Fiziologia punţii La nivelul punţii se realizează funcţia reflexă şi de conducere, precum şi funcţii legate de formaţiunea reticulată pontină. a. Funcţia reflexă. Puntea este sediul a numeroase reflexe din care cităm:  reflexul coornean de clipire care constă în închiderea pleoapelor produsă de excitarea corneei;  reflexul auditiv de clipire care constă în clipitul reflex produs de un zgomot neaşteptat;  reflexe alimentare (reflexul masticator, salivator al glandelor submaxilare şi sublinguale, reflexul de supt);  reflexul maseterin (un reflex miotatic al muşchilor maseteri);  reflexul lacrimal cu centrul în nucleul lacrimal;  reflexe respiratorii (centrul pneumotaxic ce inhibă inspiraţia şi centrul apneustic ce stimulează inspiraţia). 41

b. Funcţia de conducere. Puntea are căi de trecere ascendente şi descendente cunoscute de la măduvă, dar şi căi proprii ca:  corpul trapezoidal care asigură conexiunile dintre nucleii acustici;  căi vestibulocerebeloase şi cerebelovestibulospinale care asigură menţinerea echilibrului, tonusului şi posturii individului. Fiziologia mezencefalului Mezencefalul reprezintă porţiunea cea mai rostrală (anterioară) a trunchiului cerebral. La nivelul său întâlnim funcţia reflexă, funcţia de conducere, precum şi funcţia de ansamblu a trunchiului cerebral. a. Funcţia reflexă. Reflexele mezencefalului sunt asigurate ca şi la celelalte nivele de către nucleii cenuşii:  reflexul pupilar fotomotor care constă în micşorarea pupilei (mioză), provocată de proiectarea luminii pe retină. Acest reflex are centrii în coliculii cvadrigemeni superiori şi în nucleul vegetativ Eddinger-Westphal;  reflexul pupilar de acomodare la distanţă. Este un reflex mai complex ce constă în mioză, convergenţă oculară şi bombarea cristalinului ce se produc atunci când privim un obiect aflat mai aproape de 6 m de ochi;  reflexul auditivooculocefalogir ce constă din întoarcerea concomitentă a capului şi ochilor spre locul de unde vine zgomotul. Acest reflex are centrii în coliculii cvadrigemeni inferiori. b. Funcţia de conducere. Pedunculii cerebrali sunt străbătuţi de aceleşi căi nervoase ascendente şi descendente întâlnite la măduvă. În afară de acestea întâlnim şi căi proprii ale trunchiului cerebral, care leagă nucleii extrapiramidali subcorticali de nucleii motori ai trunchiului cerebral (fasciculul central al tegmentului) sau leagă hipotalamusul de nucleii vegetativi ai trunchiului cerebral (fasciculul longitudinal dorsal al lui Schultz). Funcţiile motorii de ansamblu ale trunchiului cerebral Activitatea motorie a trunchiului cerebral este automată. Centrii săi motori îndeplinesc două funcţii: menţinerea posturii şi a echilibrului pe de o parte şi coordonarea mişcărilor voluntare pe de altă parte. Menţinerea posturii caracteristice fiecărei specii se face în mod automat prin două categorii de reflexe somatice (tonice şi de redresare); aceste reflexe se studiază pe animale decerebrate (la care axul cerebrospinal este secţionat între coliculii cvadrigemeni superiori şi inferiori). Reflexele tonice. Trunchiul cerebral asigură menţinerea tonusului la diferite grupe musculare, în funcţie de poziţia capului, a corpului sau de mişcările efectuate. Exemplu, la o pisică care priveşte în sus, creşte tonusul muşchilor extensori ai membrelor anterioare şi scade cel al extensorilor membrelor posterioare. Reacţii opuse apar când pisica priveşte în jos. Comenzile tonice sunt elaborate în trunchiul cerebral pe baza aferenţelor vestibulare, proprioceptive şi în mai mică măsură a celor tactile şi vizuale. Aceste comenzi sunt conduse descendent pe căile extrapiramidale spre motoneuronii α şi γ din coarnele anterioare. Stimularea acestor neuroni creşte tonusul muscular iar inhibiţia le reduce tonusul muscular. Reflexele de redresare. Dacă un animal decerebrat este aşezat într-o poziţie nefirească, al execută o serie de mişcări coordonate, reluîndu-şi postura normală. Reflexele de postură descrise mai sus au loc în poziţii statice (reflexe statice). Dacă animalul execută mişcări care modifică postura normală, au loc reflexe motorii care asigură păstrarea acesteia (reflexe statokinetice). Exemplu este reflexul de aterizare bine observat la pisici care, din orice poziţie, cad în picioare. - Menţinerea echilibrului corpului se datoreşte acţiunii aceloraşi centrii din trunchiul cerebral responsabili de reglarea tonusului şi a posturii. Mecanismele de menţinere a echilibrului se declanşează ori de câte ori centrul de greutate al corpului tinde să se proiecteze în afara 42

poligonului de susţinere. Schimbarea poziţiei capului, corpului sau membrelor, stimulează fie receptorii labirintici, fie receptorii kinestezici din capsulele articulare, informând centrii posturii asupra noilor raporturi spaţiale ale organismului. Pe baza acestor informaţii, se elaborează comenzi motorii ce determină grade variate de contracţie sau de relaxare a muşchilor extensori şi flexori în diferite părţi ale corpului. Astfel, dacă există tendinţa de a cădea într-o parte, are loc reflex o creştere a tonusului muşchilor extensori de aceeaşi parte şi o reducere corespunzătoare a tonusului extensorilor membrelor de partea opusă. Postura se menţine mai ales pe baza aferenţelor de la proprioceptorii musculari, iar echilibrul pe baza celor labirintici. Centrii de integrare sunt aceiaşi. Centrii echilibrului sunt grupaţi în două teritorii: subcorticali şi corticali. Centrii subcorticali sunt reprezentaţi de nucleii vestibulari şi de nucleii formaţiei reticulate mezencefalice ce integrează informaţiile senzitive primite direct de la receptori şi indirect prin cerebel (lobul floculonodular). Aceşti centrii menţin echilibrul şi postura prin reacţii motorii inconştiente. Centrii corticali sunt localizaţi în lobul parietal în profunzimea şanţului lui Sylvius. La nivelul lor se elaborează senzaţia conştientă de echilibru şi postură. - Coordonarea mişcărilor voluntare. Orice mişcare voluntară necesită o anumită postură şi o anumită repartiţie a tonusului la diferite grupe de muşchi în activitate. Acestea se realizează pe baza conexiunilor aferente şi eferente ale nucleilor motori extrapiramidali din trunchiul cerebral cu cerebelul, cu talamusul şi cu corpii striaţi. Rolul formaţiei reticulate a trunchiului cerebral. Trunchiul cerebral conţine formaţiuni cenuşii care alcătuiesc două sisteme funcţionale: nucleii formaţiei reticulate şi nucleii extrapiramidali, între care există interrelaţii strânse. Formaţia reticulată a trunchiului cerebral participă atât la elaborarea unor reacţii motorii complexe cât şi al reglarea reflexelor spinale şi a activităţii scoarţei cerebrale. Ea primeşte numeroase aferenţe de la colateralele tuturor căilor de conducere ale analizatorilor şi trimite două categorii de aferenţe: ascendente şi descendente. Sistemul reticulat activator ascendent (S.R.A.A.) se proiectează bilateral, difuz pe scaorţa cerebrală, al căriu tonus funcţional îl creşte, pregătind-o pentru a primi stimulii pe căile specifice. S.R.A.A. are rol în reglarea echilibrului somn-veghe, în reacţia de trezire corticală şi în procesul de învăţare. Între scoarţă şi formaţia reticulată se produce o autoreglare datorită ircuitelor funcţionale cortico-reticulo-corticale. Sistemul reticulat descendent formează un sistem reticulat descendent facilitator care (intensifică tonusul muscular şi activitatea reflexă spinală) şi un sistem reticulat descendent reticulat inhibitor (cu efect hipotonizant şi de reducere a activităţii reflexe spinale). Nucleii extrapiramidali ai trunchiului cerebral sunt staţiile de întrerupere a căilor extrapiramidale pornite de la cortexul cerebral sau cerebelos. În ansamblu, aceste structuri ale trunchiului reglează mişcările voluntare sau automte a tonusului muscular, echilibrului şi a posturii. La realizarea acestor funcţii complexe participă aferenţele vestibulare, proprioceptive, vizuale şi exteroceptive. Există un sistem hipertonizant (de creştere a tonusului muscular) localizat în partea inferioară a trunchiului cerebral şi un sistem hipotonizant (de inhibiţie a tonusului muscular) cu localizare superioară. Din această cauză, la animalul decerebrat se produce o creştere exagerată a tonusului muşchilor extensori (rigiditatea de decerebrare), datorită suprimări influenţelor hipotonizante.

Rezumatul unităţii de studiu Prezenta unitate de curs îşi doreşte să prezinte şi să sublinieze rolul important pe care îl are trunchiul cerebral în întraga activitate atât somatică cât mai ales vegetativă a organismului. Astfel, sunt prezentate succint şi pe înţelesul studentului, toate reflexele ce sunt prezente la nivelul trunchiului cerebral, întraga activitate reflexă, de conducere şi motorie a acestuia. 43

Autoevaluare 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Prezentaţi funcţia reflexă a bulbului. Prezentaţi funcţia de conducere a bulbului. Prezentaţi funcţia reflexă a punţii. Prezentaţi funcţia de conducere a punţii. Prezentaţi funcţia reflexă a mezencefalului. Prezentaţi funcţia de conducere a mezencefalului. prezentaţi funcţia motorie a trunchiului cerebral

MODULUL V. Elemente de neuro-fiziologie a cerebelului Scopul modulului 

Înţelegerea noţiunilor privind neuro-fiziologia cerebelului.

Obiective operaţionale  

Cunoaşterea modalităţilor de funcţionare a cerebelului şi de influenţare şi reglare a diverselor aparate şi sisteme ale organismului Rolul cerebelului în realizarea homeostaziei mediului intern cu cel extern şi a mediului intern cu cel intern.

Fiziologia cerebelului Cerebelul nu are conexiuni directe cu efectorii (nu există fascicule cerebelospinale), fapt pentru care excitarea cerebelului nu provoacă nici mişcare şi nici senzaţii subiective. Cu toate acestea după îndepărtarea cerebelului apar grave tulburări ale funcţiilor somatice, mai ales a mişcărilor voluntare rapide.

Figura nr. 18 – Imagine reprezentând configuraţia externă a cerebelului (www.mademan.go.ro)

44

Funcţiile cerebelului sunt strâns legate de conexiunile aferente şi eferente pe care le realizează prin intermediul pedunculilor cerebeloşi. Aferenţele cerebelului Prin pedunculul cerebelos inferior la cerebel sosesc:  fibrele fasciculului Flechsig şi o mică parte din fibrele fasciculului Gowers;  fibrele vestibulocerebeloase, de la nucleii vestibulari;  fibrele olivocerebeloase, de la nucleii din olivele bulbare. Prin pedunculul cerebelos mijlociu, prin punte, la cerebel sosesc fibrele cortico-pontocerebeloase, care provin de la scoarţa cerebrală, fac sinapsă în nucleul pontin şi ajung apoi la cerebel. Prin pedunculul cerebelos inferior sosesc la cerebel fibre tectocerebeloase provenite de la tuberculii cvadrigemeni ai mezencefalului. Eferenţele cerebelului Prin pedunculul cerebelos superior, de la nucleul dinţat, pleacă două fascicule:  fasciculul dentotalamic, care ajunge la talamus, de unde se continuă spre scoarţă prin fasciculul talamocortical;  fasciculul dentorubric, care ajunge la nucleul roşu de unde se continuă spre măduvă prin fasciculul rubrospinal. Prin pedunculul cerebelos inferior, de la nucleul fastigial pleacă două fascicule:  faciculul fastigiovestibular spre nucleii vestibulari din bulb, de la care pleacă spre măduvă fasciculul vestibulospinal;  fasciculul fastigioreticular spre formaţia reticulată a trunchiului cerebral, de la care pleacă spre măduvă fasciculul reticulospinal; Pe aceste baze anatomice, cerebelul îndeplineşte rolul de supraveghetor al activităţii motorii, comparând comanda centrală cu modul în care ea este executată. Conform concepţiei cibernetice, cerebelul apare ca un servomecanism dispus în paralel pe căile ce leagă bidirecţional centrii motori superiori de efectorii şi receptorii periferici.

Figura nr. 19 – Imagine reprezentând aferenţele şi eferenţele cerebelului (www.lefo.ro) 45

Funcţia reflexă Reacţiile de răspuns rezultă în urma unor procese laborioase de analiză şi comparare permanentă a informaţiilor de al periferie, a comenzii motorii corticale şi a modului de execuţie a acestei comenzi. Se realizează astfel o serie de circuite funcţionale care asigură controlul cerebelos permanent asupra echilibrului, tonusului muscular şi coordonarea mişcărilor voluntare, automate şi reflexe. Principalele conexiuni ale cerebelului sunt cu analizatorul vestibular (circuitul vestibulo-cerebelo-fastigio-vestibular), cu analizatorul kinestezic (circuitul spinocerebelo-dento-rubro-spinal) şi cu scoarţa motorie (circuitul cortico-ponto-cerebelo-dentotalamo-cortical). Din punct de vedere filogenetic, anatomic şi funcţional, la nivelul cerebelului se descriu trei componente: arhicerebelul, paleocerebelul şi neocerebelul. a. Arhicerebelul este reprezentat în special de lobul floculonodular şi este conectat cu nucleii vestibulari, intervenind în menţinerea echilibrului. Distrugerea sa produce tulburări caracterizate prin mers ebrios (de om beat), astazie şi vertij (ameţeală). b. Paleocerebelul este reprezentat de lobul anterior şi o parte din cel posterior, la care se termină căile spinocerebeloase. Are rol în reglarea tonusului muscular, în repartiţia echilibrată şi variabilă a acestuia la diferitele grupe musculare, în activitatea stastică şi în timpul mişcărilor. Distrugerea sa este urmată de hipotonie sau hipertonie. c. Neocerebelul reprezentat de emisferele cerebeloase şi este conectat în special cu cortexul motor cerebral. Distrugerea sa produce tremurătură intenţională (bolnavul nu poate executa lin mişcările voluntare, ci sacadat), hipotonie şi incoordonare motorie ca asinergia sau dismetria (pierderea proporţionării intensităţii unor contracţii). Extirparea globală a cerebelului produce o serie de tulburări clinice caracteristice grupate în triada Luciani, care sunt: - astenie caracterizată prin instalarea unei senzaţii de oboseală musculară, la cele mai uşoare mişcări (scăderea forţei mişcării voluntare); - astazia este o tulburare a posturii şi echilibrului static al corpului care nu se poate menţine în picioare fără lărgirea poligonului de susţinere; - atonia reprezintă scăderea tonusului muscular. După câteva luni de la decerebelare, gravitatea acestor tulburări se reduce prin intervenţia unor mecanisme compensatorii corticale. Funcţia de conducere Funcţia de conducere a cerebelului se realizează prin căile proprii şi căile de proiecţie; acestă funcţie nu poate fi considerată separat de cea reflexă. Rolul trunchiului cerebral și al cerebelului în controlul mişcării Reflexele de reglare a tonusului muscular - deşi această funcţie este legată îndeosebi de nucleul roşu, întreţinerea tonusului muscular este controlată şi de alte structuri răspândite de la măduvă până la scoarţa cerebrală cuprinzând şi trunchiul cerebral, cerebelul, sistemul extrapiramidal şi formaţiunea reticulată. Dacă se face o secţiune între coliculii cvadrigemeni superior şi cei inferiori, caudal de nucleul roşu, se observă apariţia rigidităţii de decerebrare, rezultat din creşterea tonusului musculaturii extensoare, a coloanei vertebrale, a gâtului şi membrelor, prin acţiunea directă a centrilor bulbari şi medulari. Rezultă deci, că prin secţionare a fost separat nucleul roşu care trimite impulsuri inhibitorii asupra centrilor bulbari şi medulari. Rigiditatea de decerebrare apare datorită ruperii echilibrului dintre influenţele facilitatoare şi cele inhibitoare, ce se exercită, în acelaşi timp, asupra motoneuronilor medulari alfa şi gama; aceşti neuroni trimit impulsuri la musculatura antagonistă a trunchiului şi membrelor care, în mod normal, menţin tonusul echilibrat al acestora. Rigiditatea nu apare dacă secţiunea trece rostral de nuclei roşii; acelaşi rezultat se obţine şi când secţiunea se face şi între bulb şi măduvă. În reglarea tonusului muscular intervine şi cerebelul. Excitarea paleocerebelului, de exemplu, determină o scădere a rigidităţii, iar extirparea lui este urmată de exagerea rigidităţii. Aceasta ne arată că cerebelul are o influenţă inhibitoare asupra tonicităţii musculare. 46

De asemenea, dacă se extirpă nucleii vestibulari bulbari rigiditatea diminuează evident, iar extirparea concomitentă şi a substanţei reticulate din bulb duce la dispariţia rigidităţii. La apariţia rigidităţii mai participă şi impulsurile care vin de la propioceptorii muşchilor cefei. Se observă că sistemele facilitatoare ale tonusului muscular sunt constituite din nucleii vestibulari şi formaţia reticulată dorso-laterală a trunchiului cerebral, iar cele inhibitoare din substanţa reticulată ventro-medială bulbară, care de fapt, formează calea comună a diferitelor influenţe inhibitoare ce vin de la paleocerebel, nucleul roşu, nucleul caudat şi lobul frontal al scoarţei cerebrale (figura nr. 20).

Figura nr. 20 - Formaţia reticulată facilitatoare şi inhibitoare descendentă: 1) aria corticală 1S supresivă; 2) nucleul caudat; 3) lobii anterior şi posterior al cerebelului 4) formaţia reticulată bulbară; 5) formaţia reticulată mezencefalică; 6) nucleul Deiters; 7) nucleul roşu; AB - secţiune intercoliculară prepontină (rigiditate de decerebrare); CD - secţiune retropontină (dispariţia rigidităţii de decerebre) (www.scrigroup.com) Dacă în trecut nucleului roşu i se atribuia un rol deosebit în menţinerea rigidităţii de decerebare, astăzi, această stare se explică prin două tipuri de influenţe tonice asupra musculaturii striate: unele care pleacă de la substanţa reticulată a trunchiului cerebral şi ajung la măduvă pe calea fasciculului reticulospinal şi altele care pleacă de la nucleul vestibular Deiters, mergând spre măduvă prin fasciculul vestibulospinal. Fibrele ambelor fascicule se pun în legătură cu motoneuronii alfa şi gama din coarnele anterioare spinale determinându-se facilitarea activităţii lor (figura nr. 13).

Figura nr. 21 - Mecanismele kinestezice de reglare tonică a) - mecanisme pasive secundare (II) şi primare (Ib şi Ia). b) - mecanisme active alpha-gamma. FMS - fibră musculară striată, RA - rădăcina anterioară, RP - rădăcină posterioară, NI - neuron interclar, R - circuit Renshaw, FSN - fibră fusală cu sac nuclear, FLN - fibră fusală cu lanţ nuclear (www.scrigroup.com)

47

Motoneuronii gama sunt mici, iar axonii lor subţiri inervează fibrele musculare fuzale existente la cei doi poli ai fusului muscular (care mai prezintă striaţii). Prin contracţia acestor fibre intrafusale, sensibilitatea fusului se creşte. Excitaţia plecată de la fus este transmisă la neuronii alfa din coarnele anterioare, iar axonii acestora conduc impulsul efector la fibrele extrafusale care se contractă. Dacă fibrele musculare intrafusale sunt deja contractate, în urma impulsurilor venite de la neuronii gama (când se crează o tensiune în interiorul fusului), în acest caz pentru excitarea fusului nu mai este necesară decât o întindere foarte slabă. Dacă se realizează contracţii deosebit de puternice a fibrelor intrafusale se poate ajunge la o excitare a fusului fără ca muşchiul, respectiv receptorul să mai fie întins. Tocmai acest lucru se întâmplă în cazul rigidităţii de decrebrare. Din bulbul pleacă impulsuri excitatoare care determină o creştere a tensiunii fusurilor muscalare (pragul lor de excitaţie coboară), încât reflexele miotatice sunt declanşate spontan fără să mai apară o forţă externă de întindere a fusului. Impulsurile transmise de la măduvă vor asigura apariţia reflexelor miotatice şi tocmai predominanţa acestora face ca tonusul muscular să se intensifice. Rigiditatea de decerebrare este dată deci, de o facilitare a reflexelor miotatice sub influenţa formaţiei reticulate a trunchiului cerebral. Tot datorită acestei facilitări animalele decerebrate răspund prin spasme la stimulări tactile, auditive, propioceptive. Pe lângă sistemul reticular facilitator descendent mai există şi un sistem reticular inhibitor bulbar care are influenţe negative asupra rigidităţii de decerebrare. Acest sistem este format din substanţa reticulată din partea centrală a bulbului, caudal şi ventral. Excitarea la animalele decerebrate a acestei regiuni determină scăderea tonicităţii musculare. Impulsurile care pleacă din zona reticulată inhibitorie bulbară, ajung tot la motoneuronii alfa şi gama din măduvă, dar efectele sunt inhibitorii. Experimental s-a demonstrat că asupra sistemului inhibitor bulbar au influenţe impulsurile venite de la cerebel, corpii striaţi, scoarţa cerebrală (aria 4 din lobul frontal), precum şi influenţe vegetative sosite de la baroceptorii sinucarotidieni şi ai crosei aortice. Sistemul reticular facilitator se întinde din partea superioară a bulbului până la nivelul hipotalamusului posterior, fiind situat dorso-lateral. Dacă zona respectivă sau nucleii lui Deiters sunt stimulaţi electric, are loc o creştere a tonicităţii musculare, cu facilitarea reflexelor miotatice şi inhibarea reflexelor de flexiune. Celulele sistemului facilitator al substanţei reticulate au proprietatea de a emite descărcări ritmice. În concluzie, rigiditatea de decebrare se datoreşte atât suprimării influenţelor care vin de la regiunile superioare secţiunii (aria 4 - corpii striaţi), cât şi intensificării activităţii proprii autonome a sistemului facilitator descendent care trimite impulsuri ritmice la motoneuronii coarnelor ventrale medulare. Reflexele statice şi statokinetice În cazul experienţelor efectuate pentru studiul distribuirii tonusului muscular s-au putut observa şi alte fenomene privind comportamentul animalului respectiv. Astfel, animalul decerebrat îşi poate menţine poziţia în patru labe dacă îl aşezăm în echilibru, dar el nu-şi poate schimba această structură cu aspect inert. La cea mai mică mişcare sau dacă împingem uşor animalul, el cade ca un obiect inert deoarece şi-a pierdut reflexele de redresare, iar cele de postură sunt exagerate. Menţinerea poziţiei normale a corpului, a echilibrului, atât în poziţii statice, cât şi în timpul mişcării se realizează prin reflexele statice şi statokinetice, reflexe complexe ce depind de întregul trunchi cerebral, dar în special de mezencefal. Poziţia corpului este asigurată prin modificări ale tonusului muşchilor, de aşa manieră încât centrul de greutate a corpului să cadă în interiorul poligonului de susţinere. Orice deplasare a centrului de greutate determină în mod reflex modificări ale tonicităţii musculare. Reflexele statice de postură determină menţinerea poziţiei normale a capului şi corpului în orice situaţie, prin adaptarea tonusului muscular şi a mişcărilor musculare adecvate. Reflexele statice sunt de două feluri: reflexe de postură, care ajustează tonusul muscular pentru realizarea 48

unei anumite poziţii şi reflexele de redresare, care readuc corpul la poziţia iniţială prin mişcări şi contracţii ale diferiţilor muşchi, ce modifică postura. Reflexele statokinetice constau în adaptarea tonusului musculare pentru a se realiza menţinerea poziţiei corpului în timpul deplasării sale. Deci pentru menţinerea unei poziţii antigravitaţionale a organismului, sistemul nervos trebuie în permanenţă să analizeze impulsurile primite din exteriorul şi din interiorul organismului şi să trimită apoi impulsuri eferente motoneuronilor spinali de unde vor merge apoi la diferiţi muşchi. Informaţiile primite de sistemul nervos sunt recepţionate de receptorii vestibulari, tactili, vizuali şi propioceptori. Importanţa aferenţelor care declanşează reflex ele statice şi statokinetice depinde de gradul de dezvoltare a scoarţei cerebrale şi de corticalizare reflexelor respective. Astfel, aferenţele ce pleacă de la utriculă şi saculă au rol în declanşarea reflexelor statice, în timp ce aferenţele din canalele semicirculare declanşează reflexele statokinetice. Impulsurile venite de la propioceptorii muşchilor membrelor şi ai gâtului au o mare importanţă la om în declanşarea reflexelor de redresare. Aferenţele plecate de la exterior (tegumentul trunchiului, talpa piciorului), joacă de asemeni un rol deosebit pentru reflexele de redresare. În cazul scoaterii din funcţie a celorlalţi receptori, dacă impulsurile vizuale ajung totuşi la cortex, mai pot fi declanşate reflexe de redresare a capului şi trunchiului (figura nr. 14). Un animal cu labirintul extirpat (utricula şi sacula distruse) îşi poate redresa capul în poziţie normală, dacă i se lasă ochii descoperiţi. Redresarea capului nu mai are loc în cazul când ochii sunt acoperiţi. Reflexul de redresare dispare în cazul decorticării. Reflexele statice şi statokinetice pot fi perfectate prin învăţare şi exerciţiu, ceea ce are o mare însemnătate în muncă şi sport.

Figura nr. 22 - Mecanisme tonigene generale. A: elemente receptoare (senzitivosenzoriale). F.PIR., fascicolul piramidal. N.R., nucleul roşu. N.RET., nucleul reticulat. N.D., nucleul dinţat. B: elemente de execuţie (neuro-motorii). C.C.V., centrii coordonatori ventrali. Rolul integrator al substanţei reticulate din trunchiul cerebral Formaţiunea reticulată a trunchiului cerebral, şi în special a mezencefalului are un rol deosebit de important. Dintre nucleii proprii ai trunchiului cerebral cei mai răspândiţi sunt cei ai substanţei reticulate, ce se întinde dealungul trunchiului cerebral. Superior se întinde până la diencefal, iar în partea inferioară până la măduvă. Structural ea se deosebeşte de restul substanţei cenuşii, fiind constituită din neuroni cu prelungiri scurte, izolaţi şi grupuri mici de neuroni dispersaţi într-o bogată reţea nervoasă. Prin

49

intermediul substanţei reticulate se realizează cele mai complexe relaţii subcorticale, ea îndeplinind o funcţie integratoare somato-vegetativă. Datorită legăturilor sale cu căile descendente ale sistemului extrapiramidal, cât şi cu cele ascendente, substanţa reticulată poate realiza o acţiune integratoare de un tip intermediar între măduva spinării şi scoarţa emisferelor cerebrale. Prin sistemul descendent ea poate determina un efect stimulator sau inhibitor. Prin fibrele descendente care conduc impulsuri facilitatoare sau inhibitoare, care sunt grupate în fasciculul reticulospinal, neuronii substanţei reticulate descarcă impulsuri asupra neuronilor motori alfa şi gama din coarnele ventrale medulare, reglând în felul acesta activitatea fusurilor neuromusculare, a tonicităţii muşchilor, a posturii etc. Prin sistemul reticular ascendent substanţa reticulată descarcă impulsuri nespecifice în cortex pe care îl activează, măreşte atenţia şi menţine starea de veghe. S-a constatat că substanţa reticulată mezencefalică constituie un fel de sistem centralizator pretalamic al impulsurilor care urcă spre talamus şi scoarţa cerebrală. Aceste impulsuri senzitive ajung la formaţiunea reticulată prin colateralele fibrelor specifice ascendente (calea lemniscală şi spinotalamică), iar de la neuronii acestei formaţiuni pleacă impulsuri spre talamus, apoi la cortex (impulsuri reticulo-talamo-corticale), rezultatul fiind o bună funcţionare a scoarţei. Datele experimentale pe animale, pun în evidenţă existenţa unui sistem reticulat activator ascendent prin care se realizează trezirea corticală. Acest sistem situat în partea rostrală a mezencefalului şi în hipotalamusul posterior. Dacă formaţiunea reticulată menţionată este lezată stereostazic, rezultatul este instalarea unei profunde inhibiţii corticale. Efectul este invers în cazul excitării substanţei reticulate mezencefalice, când apare o stare de veghe evidentă. Deci, substanţa reticulată ne apare ca un distribuitor de energie nervoasă, un reglator al stării de veghe. Această stare este întreţinută şi de impulsuri venite pe alte căi (intracorticale, intercorticale, cortico-talamo-corticale), totuşi impulsuri venite pe calea reticulo-talamo-carticală au cea mai mare importanţă în buna funcţionare a cortexului. Datorită lor pot deveni eficiente impulsurile senzitive specifice. Acestea din urmă au pentru scoarţă un caracter informaţional, în timp ce impulsurile venite de la substanţa reticulată au un efect dinamogen. Dar formaţia reticulată are şi importante funcţii vegetative, în ea fiind situaţi centri respiratori, ai vomei, vasomotori etc. Prin impulsurile ritmice care pleacă de la celulele acestor centri este menţinut tonusul musculaturii netede a vaselor, ritmicitatea mişcărilor respiratorii etc. Agenţii nocivi acţionând asupra diferiţilor receptori externi sau interni determină efecte activatoare corticale şi facilitatoare asupra reflexelor medulare, rezultatul fiind apariţia unei stări de alertă; are loc acum o stimulare a secreţiei de adrenalină cu un deosebit efect sensibilizant asupra substanţei reticulate, care la rândul ei provoacă o reacţie de trezire şi amplificare a reflexelor somatice şi vegetative. Clorpromazina sau alte substanţe neuroleptice, prin mecanismul adrenergic deprimă funcţia reticulată. În ultimul timp s-a demonstrat că şi formaţia reticulată ar avea rol în elaborarea şi fixarea reflexelor condiţionate.

Rezumatul unităţii de studiu Această unitate de curs îşi propune să prezinte rolul complex pe care îl are cerebelul în cadrul reglărilor nervoase din organism, precum şi conexiunile dintre cerebel şi alte etaje inferioare sau superioare ale sistemului nervos central şi periferic.

Autoevaluare 1. 2. 3. 4. 50

Precizaţi care sunt aferenţele şi eferenţele cerebelului? Descrieţi funcţia reflexă a cerebelului. Descrieţi funcţia de conducere a cerebelului. Descrieţi reflexele statice şi statokinetice.

MODULUL VI. Elemente de neuro-fiziologie a diencefalului Scopul modulului 

Înţelegerea noţiunilor privind neuro-fiziologia diencefalului.

Obiective operaţionale  

Cunoaşterea modalităţilor de funcţionare a diencefalului şi de influenţare şi reglare a diverselor aparate şi sisteme ale organismului Rolul diencefalului în realizarea homeostaziei mediului intern cu cel extern şi a mediului intern cu cel intern.

Fiziologia talamusului Fiziologia diencefalului se referă în principal la funcţiile talamusului şi ale hipotalamusului. Talamusul îndeplineşte patru funcţii: de releu, de asociaţie, motorie şi de talamus nespecific. a. Funcţia de releu (staţie de întrerupere sinaptică). În nucleii talamici specifici are loc sinapsa obligatorie cu cel de-al treilea neuron, pentru căile sensibilităţii exteroceptive, proprioceptive şi interoceptive. Excepţie fac căile olfactive; de asemenea, căile visceroceptive care ajung mai întâi la hipotalamus, iar de aici în drumul lor spre scoarţă, fac sinapsă în talamus. Căile vizuale şi acusticovestibulare fac înterupere în corpii geniculaţi laterali, respectiv mediali, din metatalamus (care constituie un tot unitar cu talamusul). Astfel căile somestezice (exteroceptive şi proprioceptive conştiente) au cel de-al treiela neuron la nivelul nucleului ventral postero-lateral (pentru trunchi) şi ventral postero-medial (pentru gât şi cap), al talamusului. Căile dento-talamo-corticale fac releu în nucleul ventral lateral, iar căile lenticulotalamo-corticale (de la corpii striaţi) au releu în nucleul ventral anterior. La nivel talamic există şi sinapse inhibitorii prin care se pot controla, prin voinţă intensitatea senzaţiilor dureroase. Astfel, talamusul reglează intensitatea excitaţiilor ce vin spre scoarţă şi le conferă o tonalitate afectivă. b. Funcţia de asociaţie se realizează prin conexiunile unor nuclei talamici cu ariile asociative corticale din lobii parietal, temporal şi occipital. Pe baza acestor conexiuni, talamusul ia parte, alături de scoarţa cerebrală la elaborarea unor comenzi voluntare. c. Funcţia motorie. Talamusul este conectat bidirecţional cu corpii striaţi şi primeşte aferenţe de la neocerebel şi substanţa neagră. Comenzile motorii elaborate pe baza acestor aferenţe, sunt trimise apoi, eferent, spre cortexul motor de unde porneşte comanda spre motoneuroni somatici. Prin poziţia sa pe traiectul căilor senzitive şi motorii, talamusul partcipă la integrarea senzitivo-motorie. d. Funcţia nespecifică. La nivelul talamusului se întâlneşte prelungirea anterioară a formaţiei reticulate a trunchiului cerebral, sub forma nucleilor talamici nespecifici. Prin intermediul acestor formaţiuni, talamusul participă la reglarea ritmului somn-veghe, la întărirea tonusului cortical şi a atenţiei şi la elaborarea unor procese afectiv-emoţionale. Fiziologia hipotalamusului Hipotalamusul reprezintă centrul superior de integrare, reglare şi coordonare a funcţiilor principale ale organismului (circulaţie, respiraţie, digestie, metabolism, secreţie internă, echilibru hidric etc.) şi de aceea este considerat creierul vegetativ al organismului; este organul nervos cu cele mai numeroase funcţii pe unitate de volum. Prin legăturile strânse pe care le are cu scoarţa 51

cerebrală, în special cu sistemul limbic, hipotalamusul participă la integrarea vegetativosomatică şi la elaborarea reacţiilor instinctive şi emoţionale. Principalele roluri ale hipotalamusului sunt:  în coordonarea sistemului nervos vegetativ; excitarea hipotalamusului anterior este urmată de efecte parasimpatice, iar a celui posterior de cele simpatice;  în coordonarea sistemului endocrin, prin produşii de neurosecreţie elaboraţi de neuronii hipotalamici; aceşti hormoni stimulează sau inhibă secreţiile interne ale adenohipofizei. Prin intermediul hipofizei anterioare, hipotalamusul va coordona de fapt întreaga ativitate endocrină din organism.Unii hormoni secretaţi de hipotalamusul anterior (ADH şi ocitocina) sunt depozitaţi în hipofiza posterioară, de unde se eliberează la nevoie;  în reglarea metabolismelor intermediare lipidic, glucidic, proteic şi energetic. Leziuni hipotalamice produc obezitatea sau slăbirea exagerată. Hipotalamusul anterior favorizează procesele anabolice iar cel posterior pe cele catabolice, eliberatoare de energie;  în reglarea echilibrului hidric al organismului prin centrii setei şi secreţia de ADH;  în reglarea echilibrului osmotic al organismului. În hipotalamus se află receptori sensibili la variaţiile presiunii osmotice ale mediului intern. Atunci când presiunea osmotică creşte se comandă secreţia de ADH, care stimulează reabsorbţia apei la nivelul rinichiului şi, în consecinţă, are loc scăderea presiunii osmotice;  în reglarea aportului alimentar, prin centrii foamei şi ai saţietăţii. Centrii foamei impulsionează animalul sau omul să procure alimente şi să le ingere. Centrul saţietăţii determină sistarea alimentării. Când rezervele metabolice nutritive ale organismului scad, este excitat centrul foamei iar când acestea cresc, este excitat centrul saţietăţii. Distrugerea experimentală a centrului foamei face ca animalul să nu se mai alimenteze şi să moară de inaniţie. Distrugerea centrului saţietăţii duce la supraalimentaţie şi obezitate;  în reglarea ritmului somn-veghe. Împreună cu formaţia reticulată a trunchiului cerebral şi cu talamusul nespecific, el participă la reacţia de trezire, la creşterea stării de vigilenţă corticală;  în reglarea unor acte de comportament (alimentar, sexual, agresiv sau de apărare). Alături de sistemul limbic, el participă la elaborarea emoţiilor (frica, furia), a sentimentelor şi pasiunilor. Hipotalamusul are rol şi în expresia vegetativă interioară (variaţiile ritmului cardiac şi ale tensiunii arteriale) sau exterioară (paloarea sau înroşirea pielii, lăcrimarea) a stărilor afective;  în termoreglare. În hipotalamus se află centrii termogenetici (din hipotalamusul posterior), care se activează la scăderea temperaturii sângelui şi centrii termolitici (din hipotalamusul anterior), care se activează la creşterea ei. Centrii termogenetici determină creşterea activităţii metabolice, vasoconstricţie periferică şi apariţia frisonului muscular prin care creşte producţia de căldură a organismului. Centrii termolitici determină vasodilataţie cutanată şi sudoraţie ce favorizează pierderile de căldură prin iradiere şi evaporare; Menţinerea la un anumit nivel a temperaturii corpului la homeoterme este rezultatul echilibrului dintre termogeneză (totalitatea mecanismelor de producere a căldurii) şi termoliză (ansamblul mecanismelor ce asigură pierderea de căldură). La om, în repaus, cea mai mare cantitate de căldură (70%) se produce în organele viscerale toraco-abdominale şi în cutia craniană (termogeneză centrală), ficatul furnizând cca. 20% din căldura corpului, restul este produs de muşchi şi tegument (termogeneză periferică). Într-un efort fizic însă, furnizorul principal de energie calorică îl reprezintă muşchii. Dacă temperatura mediului ambiant creşte, organismul ia măsuri împotriva ridicării temperaturii corpului: vasodilataţie cutanată, sudoraţie tegumentară, polipnee. Când temperatura ambiantă scade, organismul împiedică scăderea temperaturii corporale prin: vasoconstricţie periferică, intensificarea termogenezei, piloerecţie, creşterea metabolismului bazal, creşterea tonusului muscular şi frison termic. 52

a. Termogeneza. Stimularea electrică a hipotalamusului posterior determină: mărirea producţiei de căldură şi a secreţiei de adrenalină, hiperglicemie, vasoconstricţie, piloerecţie. Dacă se extirpă acest centru termogenetic simpatic, rezultatul va fi o hipotemie accentuată cu neputinţa de a lupta împotriva frigului. Centrul termogenetic reacţionează la scăderea temperaturii mediului, atât prin creşterea producţiei de căldură, cât şi prin reducerea pierderilor de căldură (prin vasoconstricţie periferică). Intrarea în activitate a acestui centru este determinată de impulsurile aferente provenite de la receptorii termici, cutanaţi pentru rece şi din mucoase. Calea eferentă este triplă: simpatoadrenergică prin care se declanşează vasoconstricţia, piloerecţia şi intensificarea metabolismului; somatică prin impulsuri care ajung la muşchi şi determină frisonul termic; adenohipofiza care creşte secreţia de ACTH şi STH. Dacă se împiedică frisonul termic prin blocarea funcţională a plăcilor motorii (cu curara), va avea loc o intensificare a termogenezei hepatice şi a altor viscere sub influenţa adrenalinei, tiroxinei şi a glucocorticoizilor. b. Termoliza. Stimularea electrică a hipotalamusului anterior (nucleul supraoptic şi preoptic) se declanşează reacţii pentru scăderea temperaturii: vasodilataţie tegumentară, transpiraţie, polipnee, relaxarea musculară. Aceşti centri termolitici primesc aferenţe de la receptori termici cutanaţi pentru cald sau pot fi excitaţi direct pe cale sanguină. Calea eferentă parasimpatică cu originea în aceşti nuclei hipotalamici determină vasodilataţie cutanată şi sudoraţie, indirect, prin inhibarea centrilor termogenetici din hipotalamusul posterior. Reiese deci, că centrii termogenetici şi centrii termolitici nu funcţionează izolat, ci se intercondiţionează şi sunt, la rândul lor, subordonaţi scoarţei cerebrale. Animalul decerebrat nu mai poate realiza o termoreglare rapidă şi fină în raport cu condiţiile mediului.

Rezumatul unităţii de studiu În această unitate de curs sunt prezentate funcţiile talamusului şi hipotalamusului, rolul pe care îl au atât în reglarea somatică a organismului cât mai ales în reglarea fucţiilor vegetative. De asemenea, sunt prezentate mecanismele complexe prin care se realizează reglarea procesului de termoreglare (termogeneza şi termoliza).

Autoevaluare 1. 2. 3. 4.

Care sunt funcţiile talamusului? Care sunt principalele roluri ale hipotalamusului? Explicaţi mecanismul de termogeneză. Explicaţi mecanismul de termoliză.

MODULUL VII. Elemente de neuro-fiziologie a emisferelor cerebrale Scopul modulului 

Înţelegerea noţiunilor privind neuro-fiziologia emisferelor cerebrale.

Obiective operaţionale  

Cunoaşterea modalităţilor de funcţionare a emisferelor cerebrale şi de influenţare şi reglare a diverselor aparate şi sisteme ale organismului Rolul emisferelor cerebrale în realizarea homeostaziei mediului intern cu cel extern şi a mediului intern cu cel intern.

53

Emisferele cerebrale reprezintă partea cea mai evoluată a sistemului nervos central, organul nervos cel mai recent apărut din punct de vedere filogenetic. Din punct de vedere anatomic şi funcţional distingem susbstanţa cenuşie ce formează centrii nervoşi de integrare şi coordonare şi substanţa albă ce reprezintă atât conexiunile dintre aceşti centrii cât şi căile de conducere ascendente şi descendente. Substanţa cenuşie este dispusă în două moduri: la periferia substanţei albe formând scoarţa emisferelor cerebrale şi la baza emisferelor cerebrale şi în mijlocul substanţei albe formând nucleii bazali (corpii striaţi). - Scoarţa emisferelor cerebrale cuprinde două teritorii deosebite din punct de vedere filogenetic, structural şi funcţional: neocortexul şi paleocortexul. Neocortexul, apărut mai recent, foarte dezvoltat la primate şi la om, are o strctură din şase straturi celulare şi reprezintă sediul proceselor psihice superioare, activitatea nervoasă superioară (A.N.S). Paleocortexul (sistemul limbic) sau scoarţa cerebrală veche, foarte dezvoltat la celelalte mamifere, la om reprezintă doar o mică parte din faţa medială a emisferelor cerebrale. Sistemul limbic are o structură mai simplă, numai din două straturi celulare, şi reprezintă sediul proceselor psihice afectiv-emoţionale precum şi a actelor de comportament instinctiv.

Funcţiile neocortexului Activitatea nervoasă superioară reprezintă funcţia materiei ajunsă la cel mai înalt grad de dezvoltare. Prin A.N.S. înţelegem procesele care stau la baza memoriei, învăţării, gândiri abstracte, creaţiei ştiinţifice şi artistice etc. a. Metode de cercetare. Studiul activităţii şi rolul scoarţei a fost efectuat cu următoarele metode: - metoda extirpării, ce constă în îndepărtarea chirurgicală a unei zone din cortex şi urmărirea consecinţelor acestei operaţii; - metoda excitării, când se evidenţiază scoarţa (prin deschiderea calotei craniene) şi apoi se excită cu substanţe chimice sau cu curent electric. Pe baza efectelor obţinute, se trag concluzii despre rolul diferitelor puncte corticale excitate; - metoda anatomo-clinică. Se compară simptomele clinice prezentate de diferiţi bolnavi, cu leziunile găsite la nivelul scoarţei după moartea acesora; - metoda electroencefalografică, constă în înregistrarea activiăţii electrice cerebrale, atât la omul săsnătos şi bolnav, cât şi experimental la animale; - metoda reflexelor condiţionate, instituită de Pavlov, permite studiul funcţiilor scoarţei cerebrale în condiţii foarte apropiate de cele fiziologice. Cu ajutorul ei, Pavlov şi elevii săi au studiat dinamica celor mai fine procese fiziologice care stau la baza activităţii psihice. Reflexul condiţionat, sau legătura temporară, este un tip special de reflex, care spre deosebire de reflexele necondiţionate (studiate până în prezent), are următoarele particularităţi: este dobândit în timpul vieţii individului, are centrii localizaţi în scoarţa cerebrală iar excitantul care declanşează reflexul este iniţial indiferent pentru animal sau om, dar ulterior după mai multe repetări apariţia acestui excitant va fi condiţia pentru producerea răspunsului reflex (excitantul iniţial indiferent devine excitant condiţional). Reflexul condiţionat este caracteristic individului şi nu speciei; dispare odată cu moartea acestuia. Formarea reflexelor condiţionate. În crearea unui reflex condiţionat, pentru a se forma o legătură temporară, sunt necesare mai multe condiţii: - asocierea unui excitant indiferent (sunet, lumină etc.) cu unul de valoare biologică absolută (aliment, durere etc.); - precesiunea, adică excitantul indiferent să-l preceadă în timp pe cel absolut; - coincidenţa, adică excitantul absolut (de exemplu hrana) trebuie administrat în timpul acţiunii celui indiferent; 54

- repetiţia, adică asocierea celor două tipuri de excitanţi trebuie repetată în aceleaşi condiţii de mai multe ori; - izolarea. Camera în care se stabileşte reflexul trebuie să fie ferită de alţi excitanţi; - dominanţa, adică animalul să fie într-o condiţie fiziologică favorabilă declanşării reflexului absolut. Spre exemplu în cazul stabilirii unui reflex condiţionat salivar la câine, acesta trebuie să fie flămând.

Figura nr. 23 - Căile reflexului condiţionat auditivosalivar (schemă) Mecanismul de formare a reflexului condiţionat a fost explicat de Pavlov prin apariţia concomitentă pe scoarţă a două focare de excitaţie, la nivelul ariilor de proiecţia a celor doi excitanţi ce se asociază. Focarul excitantului absolut este dominant şi el atrage excitaţia din focarul excitantului indiferent. Prin repetare, se "bătătoreşte" o cale între cele două focare. La un moment dat este suficientă administrarea separată a excitantului indiferent care va determina excitarea focarului cortical al reflexului absolut şi astfel se obţine un răspuns din partea organului efector. Un exemplu îl constituie reflexul condiţionat salivar. Prin asocierea repetată a unui excitant sonor (sonerie) cu hrana (excitant absolut), cu timpul numai sunetul singur poate declanşa salivaţia. În acest moment, sunetul a devenit excitant condiţional (fig. 4). Decorticarea animalului (extirparea scoarţei sale cerebrale) este urmată de dispariţia reflexului condiţionat cu păstrarea celui necondiţionat care se închide la nivele subcorticale. Animalele decorticate nu pot fixa reflexe condiţionate noi şi le pierd pe cele învăţate anterior. În prezent se admite că un rol esenţial în formarea acestor reflexe îl are substanţa reticulată din trunchiul cerebral. Modelul mai sus prezentat constituie un reflex de ordinul I. Asociind un reflex condiţionat de ordinul I cu alt excitant indiferent (excitant luminos) fără administrarea hranei, se poate obţine un răspunscondiţionat la al doilea excitant; un asemenea reflex a fost denumit reflex condiţionat de ordinul II. Se pot obţine în continuare reflexe condiţionate de ordinul III, IV etc. La om, procesul de învăţare şi educare are la bază stabilirea de asemenea lanţuri lungi de reflexe condiţionate de ordin superior. Stereotipul dinamic. Dacă asociem într-o succesiune fixă mai mulţI excitanţI, obţinem o succesiune fixă de răspunsuri. După o vreme, este suficientă administrarea primului excitant pentru a obţine apoi automat celelalte răspunsuri condiţionate. Acest mod particular de răspuns cortical se numeşte stereotip dinamic şi el reprezintă o economisire de energie nervoasă ce duce la eliberarea scoarţei pentru alte activităţi pe care le poate executa concomitent. Scrisul, mersul sunt exemple de stereotipuri dinamice la om. Formarea stereotipului dinamic se realizează în condiţiile unui mediu în care aceeaşi excitanţi se repetă regularitate. Ceea ce numim în mod curent rutină, într-o actvitate oarecare nu este decât rezultatul elaborării stereotipului dinamic. Este ştiut că la începutul unei activităţi se 55

întâmpină o oarecare greutate, dar după câteva repetări, greutatea dispare; aceasta se explică prin fixarea stereotipului dinamic. Stereotipul dinamic nu este ceva permanent, care să se păstreze toată viaţa. El se menţine atâta timp, cât se menţin condiţiile de mediu în care el s-a format. La schimbarea condiţiilor de mediu, vechiul stereotip dinamic se distruge şi se formează un nou stereotip dinamic, corespunzător noilor condiţii. Când stereotipul dinamic este foarte puternic, schimbarea lui poate provoca chiar stări patologice ale scoarţei cerebrale (de exemplu cazul unor persoane obligate să-şi schimbe profesiunea pe care au practicat-o timp îndelungat). b. Procesele corticale fundamentale. Cu ajutorul metodei reflexelor condiţionate s-a arătat că la nivelul scoarţei au loc în permanenţă două procese fiziologice fundamentale: excitaţia şi inhibiţia. Excitaţia este un proces activ, o stare funcţională a centrilor nervoşi ce determină intrarea în activitate sau intensificarea activităţii de fond a organelor efectoare. Stimulii care se transmit prin sinapse excitatorii provoacă o stare de excitaţie a centrilor. Excitaţia corticală este rezultatul intrării în activitate a S.R.A.A., care provoacă reacţia de trezire corticală. Inhibiţia este tot un proces activ ce se opune excitaţiei şi se manifestă prin diminuarea sau încetarea activităţii anterioare a organului efector. Excitaţia şi inhibiţia se caracterizează prin mobilitate (în locul unui proces de excitaţie poate surveni inhibiţia şi invers), forţă (fiecare din aceste procese are o anumită tărie relativă) şi echilibru dinamic. În raport cu aceste trei proprietăţi, Pavlov clasifică activitatea nervoasă superioară a animalelor în patru tipuri fundamentale; caracteristicile tipologice descrise de Pavlov la animale, fuseseră remarcate şi la om încă din antichitate de către Hipocrate. Tipul slab (melancolic) la care predomină inhibiţia asupra excitaţiei, este timid; pentru el fiecare fenomen din viaţă devine agent inhibitor; fuge de societate şi se refugiază într-o lume a lui interioară. Tipul puternic neechilibrat (coleric), este un tip "impetuos" la care predomină excitaţia asupra inhibiţiei; se caracterizează prin reacţii exagerate, puternice, fiind combativ prin excelenţă. Tipul puternic echilibrat mobil (sanguin), la care ambele procese, excitaţia şi inhibiţia, de intensitate egală se înlocuiesc uşor şi repede la nevoie. Este un tip vioi. Tipul puternic echilibrat inert (flegmatic), caracterizat printr-o mobilitate funcţională redusă; este un tip muncitor, liniştit, totdeauna egal, insistent şi perseverent. În realitate la om, tipurile de activitate nervoasă sunt mult mai complexe, intervenind şi predominanţa primului şi celui de-al doilea sistem de semnalizare; există un şir întreg de trepte intermediare, ceea ce imprimă caracterul de individualitate al fiecăruia. Tipurile de inhibiţie. Inhibiţia corticală este mai diversă. Există o inhibiţie externă, cauzată de stimuli din afara focarului cortical activ. Aceasta este o inhibiţie externă şi a fost numită de Pavlov inhibiţie necondiţionată. în contrast cu aceasta există o inhibiţie internă care apare chiar din interiorul focarululi cortical activ şi a fost numită inhibiţie condiţionată. Inhibiţia condiţionată (internă) este caracteristică numai scoarţei cerebrale, se naşte şi se dezvoltă în interiorul centrilor corticali ai reflexului condiţionat şi se împarte în: -inhibiţia de stingere apare când un excitant condiţional se repetă multă vreme fără asocierea cu cel absolut; răapunsul reflex diminuă treptat până la dispariţie (stingerea reflexului condiţionat); -inhibiţia de diferenţiere. La stabilirea unui reflex condiţionat sonor spre exemplu, iniţial câinele salivează la orice sunet. Dacă noi întărim prin excitant absolut (hrana) numai un anumit sunet, iar pe celelalte le lăsăm neîntărite, cu timpul câinele nu va mai saliva decât la apariţia sunetului care prevesteşte hrana. Deci, el face diferenţierea frecvenţelor sunetelor; -inhibiţia de întârziere. Dacă la un câine cu reflex condiţionat sonor, prelungim treptat timpul dintre apariţia sunetului şi administrarea hranei, vom observa că după o vreme, animalul nu mai salivează imediat ce sunetul se produce, ci după 2-3 minute de acţiunea acestuia;

56

-inhibiţia supraliminară are rolul de a proteja creierul faţă de excitanţii prea frecvenţi sau prea puternici repetaţi foarte des. Inhibiţia necondiţionată (externă), comună atât scoarţei cât şi celorlalte nivele subcorticale, ia naştere în afara focarului cortical al reflexului şi determină stingerea răspunsului reflex prin mecanism de inducţie negativă. O astfel de inhibiţie externă este reacţia de orientare care se produce spre exemplu la un câine cu reflex salivar la sunet, când el nu mai salivează dacă producerea sunetului este urmată imediat de aprinderea unui bec. Legile activităţii nervoase superioare. Dinamica proceselor fundamentale corticale se desfăşoară după trei legi: legea iradierii şi concentrării, legea inducţiei reciproce, legea analizei şi sintezei. Legea iradierii şi concentrării. Atât procesul de excitare cât şi cel de inhibiţie au o fază iniţială de extindere pe suprafeţe mari de cortex (iradiere) urmată de o fază de răstrângere într-o zonă limitată (concentrarea). Legea inducţiei reciproce. Orice proces de excitaţie, determină în jurul său apariţia unui proces inhibitor, care îi limitează iradierea. La fel se întâmplă şi în cazul inhibiţiei; aceasta este o inducţia reciprocă simultană. O altă formă este inducţia reciprocă succesivă care constă în faptul că fiecare proces excitator este urmat de unul inhibitor şi invers. Se realizează astfel imaginea unui mozaic cortical cu nenumărate zone de excitaţie-inhibiţie ce iradiază, se concentrează şi se înlocuiesc reciproc. Legea analizei şi sintezei. Scoarţa cerebrală, pe baza mecanismelor menţionate anterior, operează în fiecare moment analiza fină a tuturor stimulilor din mediul exten şi intern şi elaborează reacţii de sinteză complexă acre asigură atât integrarea tuturor funcţiilor într-un tot unitar cât şi integrarea organismului în mediul extern natural şi social. Reflexele condiţionate reprezintă o modalitate mai evoluată, mai economică de adaptare la mediul extern în continuă schimbare. Pentru om, existenţa mediului social a produs mutaţii esenţiale în structura şi funcţia scoarţei. Apariţia limbajului reprezintă un exemplu al acestui salt. Condiţionarea la animale se face pe baza excitanţilor din mediul natural, pe care Pavlov îi denumeşte semnale. Principala funcţie a cortexului animal este dsemnalizarea. Ansamblul structurilor ce participă la acestă activitate (receptori, căi, centrii) reprezintă primul sistem de semnalizare comun animalelor şi omului. Cuvântul este un "semnal al semnalelor". Totalitatea structurilor ce participă la transmiterea informaţiilor prin cuvinte reprezintă al doilea sistem de semnalizare, specific omului. Pe baza cuvântului, noţiunilor şi judecăţilor, se realizează cea mai înaltă formă a activităţii creierului uman, care este gândirea abstractă. Veghea şi somnul. Activitatea emisferelor cerebrale trece periodic prin două stări funcţionale distincte: starea de veghe şi starea de somn. Veghea este o stare funcţională a creierului caracterizată prin creşterea tonusului S.R.A.A., concomitentă cu orientarea conştiinţei spre o anumită activitate. Starea de veghe la om se confundă cu starea de conştienţă. În acest timp individul efectuează toate activităţile voluntare, trăieşte majoritatea experienţelor afective. Alternativa stării de veghe este somnul. Somnul reprezintă o stare de activitate cerebrală caracterizată prin întreruperea temporară a analizei conştiente a stimulilor interni şi externi, când este suprimată şi activitatea voluntară. Are caracter reversibil. Trecerea de la veghe la somn şi invers are loc cu uşurinţă. Ritmul somn-veghe coincide cu ciclul noapte-zi şi de aceea se mai numeşte şi ritm nictemeral (gr. nictos=noapte + meros=parte) sau ritm circadian (de cca. 24 ore). Reglarea acestui bioritm se realizează de către centrii diencefalici şi formaţia reticulată; ca urmare, leziuni la nivelul hipotalamusului sau la nivelul S.R.A.A., determină somn continuu. Durata somnului variază în funcţie de vârstă, fiind de 20 de ore la sugar, 10 ore la copii, 7-8 ore la adulţi şi cca. 5 ore la vârstnici. În timplu somnului, se produce o diminuare a funcţiilor vegetative şi metabolice; astfel, scade frecvenţa respiratorie, se produce bradicardie, scade

57

debitul cardiac şi tensiunea arterială, diminuă activitatea digestivă şi a aparatului urinar, scade ergogeneza şi consumul de oxigen. Există două feluri de somn: somnul profund sau normal, fără vise şi somnul paradoxal, însoţit de vise şi mişcări rapide ale globilor oculari. Fazele de somn normal şi paradoxal se succed de mai multe ori în timpul somnului; primele durează câte 90 de minute, celelalte câte de 10 minute. Trezirea individului se face mai greu în faza de somn paradoxal decât în cea de somn normal. Somnul este necesar pentru refacerea unor structuri nervoase care întreţin starea de veghe; din această cauză privarea îndelungată de somn produce tulburări de comportament şi chiar modificări metabolice. Inversarea ritmului noapte-zi sau schimbarea fusului orar solicită organismul în mod suplimentar, fiind nevoie de 2-3 săptămâni pentru adaptarea la noul bioritm. c. Ariile corticale. Rolul specific al sistemului nervos este de a prelucra informaţia. Sediul principal al acestor procese este scoarţa cerebrală, dar se ştie că la aceste acte participă şi numeroase structuri subcorticale. Pentru a prelucra informaţia, scoarţa cerebrală terbuie mai întâi să o primească. Informaţia pătrunde în sistemul nervos la nivelul receptorilor, de unde este trimisă la scoarţă, în ariile senzitive specifice. Aceste informaţii sunt comparate la nivelul ariilor asociative cu cele culese de alţi analizatori, precum şi cu datele din memorie. Pe baza sintezei complexe a tuturor informaţiilor este elaborată starea de conştiinţă, sunt luate deciziile voliţionale şi automate. Cu ajutorul metodelor de cercetare menţionate la începutul acestui capitol, s-a stabilit existenţa la nivelul neocortexului a trei categorii funcţionale: funcţii senzitive (în ariile receptorii), funcţii motorii (în ariile efectorii) şi funcţii asociative (în ariile asociative). Pe baza acestor funcţi se nasc procesele fizice caracteristice fiinţei umane: procesele cognitive, procesele volitive şi procesele afective. Ariile receptorii. La nivelul scoarţei cerebrale s-au evidenţiat numeroase arii (câmpuri) senzitive, specializate în prelucrarea unui anume tip de informaţii. Aceste arii reprezintă segmentele corticale ale analizatorilor. La nivelul lor se termină axonii tritioneuronilor (neuronilor talamici). Pe baza stimulilor care ajung în aceste arii, este elaborată senzaţia elementară specifică (vizuală, auditivă, tactilă etc.). Rolul senzitiv al acestor arii nu este exclusiv, iar funcţia de prelucrare a diferitelor semnale trimise de la receptori, nu se desfăşoară în mod izolat. Există numeroase structuri subcorticale (talamusul, mezencefalul) şi spinale, cu rol asemănător dar cu o funcţie de prelucrare mai elementară a semnalelor. Unele senzaţii vagi de durere, lumină, sunet sunt elaborate încă la nivel mezencefalo-diencefalic. Pe de altă parte, în procesul complicat de reconstituire conştientă a informaţiei conţinute în lumea ce ne înconjoară, ariile senzitive specifice colaborează între ele cât şi cu alte arii corticale asociative. Ariile asociative reprezintă arii senzitive secundare în raport cu ariile senzitive specifice care sunt arii primare. Căile talamocorticale se proiectează mai întâi în ariile primare: ariile somestezice, vizuale, auditive, vestibulare, olfactive, gustative. - Aria somestezică primară este localizată în girul postcentral, câmpurile 3, 1, 2. Fiecărei suprafeţe receptorii îi corespunde un anumit teritoriu cortical, variabil ca întindere în funcţie de fineţea analizei efectuate de receptorii respectivi. Organismul apare astfel proiectat cu capul în partea inferioară a girusului postcentral iar picioarele în partea superioară. Această proiecţie răsturnată a corpului a primit numele de homunculus senzitiv, în care buzele, limba, mâna cu degetele (în special policele) ocupă o suprafaţă mare, aproape egală cu cea a trunchiului şi membrelor la un loc; aceasta se explică prin importanţa funcţională a mâinii şi densitatea receptorilor cutanaţi existenţi în segmentul respectiv. Distrugerea ariei somestezice duce la pierderea sensibilităţii termice, dureroase, tactile şi kinestezice.

58

Figura nr. 24 - Cortexul feţei externe a emisferei stângi (Brodmann)

Figura nr. 25 - Zonele senzoriale de pe faţa interrnă a emisferei cerebrale drepte - Aria somestezică secundară este situată pe marginea superioară a scizurii Sylvius şi are o suprafaţă mai redusă decât aria somestezică primară. Aici se proiectează probabil sensibilitatea tactilă protopatică, dar şi cea dureroasă şi termică.

Figura nr. 26 - Homunculus senzitiv cortical 59

Ariile somestezice I şi II sunt arii senzitive. Ariile senzoriale cuprind proiecţiile fibrelor de la diferitele organe de simţ: ariile vizuale, auditive, gustative, vestibulare şi olfactive. - Ariile vizuale sunt localizate în lobul occipital pe marginile şi în profunzimea şanţului calcarin şi în părţile vecine din cuneus şi girul lingual. În această arie vizuală primară (câmpul 17) retina se proiectează punct cu punct. Aria vizuală primară a fiecărei emisfere, primeşte informaţii de la câmpul vizual temporal ipsilateral şi de la câmpul vizual nazal al retinei contralaterale. Ariile vizuale scundare sunt arii de asociaţie; câmpul 18 este centrul memoriei vizuale iar câmpul 19 are rol în orientarea spaţială şi corectitudinea imaginii. - Ariile auditive. Aria auditivă primară este localizată pe faţa superioară a girului temporal superior, câmpurile 41 şi 42 care primesc aferenţe de la corpul geniculat medial. Aria auditivă secundară este constituită din câmpul 42 (parţial) şi câmpul 22. - Aria gustativă este situată imediat superior de sanţul Sylvius, în regiunea inferioară a girului postcentral, câmpul 43. - Ariile vestibulare, puţin precizate, localizate probabil în lobul temporal. - Ariile olfactive, localizate în cortexul sistemului limbic (girusul hipocampic). - Ariile vegetative interoceptive. Aferenţele sosite din teritoriul splanhnic se proiectează în ariile somestezice în dreptul trunchiului, iar aferenţele vagale se proiectează pe girii orbitali ai lobului frontal. Spre deosebire de sensibilitatea exteroceptivă are suprafaţă mare de proiecţie corticală, sensibilitatea viscerală deşi atinge scoarţa, ea are o reprezentare punctiformă şi de aceea nu apare sau apare difuz în lumina conştiinţei. Distrugerea, în mod experimental la animale şi accidental la om a acestor arii de proiecţie aferente, duce la pierderea sensibilităţii în cazul ariilor senzitive sau la pierderea funcţiei în cazul ariilor senzoriale (orbire, surditate, anosmie de tip central), deşi organele receptoare respective sunt intacte. Ariile efectorii (motorii). La nivelul scoarţei s-au precizat două arii motorii somatice: arii motorii piramidale şi arii motorii extrapiramidale.

Figura nr. 27 - Homunculus motor cortical - Ariile motorii piramidale sunt localizate în lobul frontal, în girusul precentral, cât şi în câmpurile 6 şi 8 din lobul frontal. În aria 4, este aria motorie principală, unde îşi au originea cca. 30% din fibrele fasciculului piramidal; celelalte fibre mai provin din lobul frontal, parietal şi chiar din aria senzitivă a girusului postecentral. La aceste nivel, fiecare grup muscular al corpului are o zonă corticală de comandă motorie proprie, cu extindere proporţională cu complexitatea mişcării efectuate de grupul respectiv. Se realizează astfel un homunculus motor (fig. 15), ce 60

reprezintă proiecţia deformată a siluetei motorii a corpului, în care ies în evidenţă mâna (în special degetul mare), pentru coordonatea activităţii manuale şi capul pentru coordonarea funcţiei fonatorii şi a mimicii. Ariile motorii secundare se găsesc în câmpurile 40 şi 43 şi au rol în comanda motorie ipsilaterală. Ariile motorii suplimentare sunt localizate pe faţa medială a girului frontal superior, anterior de aria primară. Stimularea ei are ca rezultat trei tipuri de mişcări: adaptarea de postură, mişcări complexe stereotipice şi mişcări rapide necoordonate. La nivelul ariei motorii corticale se elaborează comanda voluntară pentru mişcări fine şi mişcări de ansamblu. Distrugerea acestei arii duce la paralizarea motilitţii voluntare. - Ariile motorii extrapiramidale ocupă aproape în întregime aria premotorie 6, aria motorie suplimentară şi aria motorie secundară. Suprafaţa ocupată de ariile extrapiramidale reprezintă 85% din totalitatea cortexului motor. Aceste arii cuprind şi ariile subpresive (ce cuprind 2S postcentrală, 19S occipitală şi 24 cingulară), a căror stimulare inhibă funcţionarea ariei motorii primare. Influxul subpresor al acestor arii ajunge la nucleul caudat care-l transmite la globul palidus, iar acesta prin intermediul talamusului la câmpurile 4 şi 6. În acest circuit corticostrio-palido-talamo-cortical, talamusul are rol centralizator care controlează amplitudinea şi modul în care a fost executată mişcarea. Din aceste arii motorii pleacă atât căi extrapiramidale spre motoneuronii spinali α şi γ cât şi spre cerebel, prin circuitul cortico-ponto-cerebelos, aducând pe cea din urmă cale influxul nervos de reglaj cerebelos în execuţia mişcărilor voluntare. -Ariile motorii vegetative. La nivelul scoarţei au fost identificate şi zone visceromotorii în partea frontală laterală şi pe faţa orbitară a lobului frontal, cuprinzând ariile 10, 11, 12, 13, 14 (aria pefrontală). Aceste zone sunt conectate cu centrii vegetativi din hipotalamus şi cu cei din trunchiul cerebral. Prin excitarea acestor arii se intensifică reacţiile vegetative, respiratorii, circulatorii, gastrointestinale şi excretorii. Ariile asociative. În ariile senzitive primare iau naştere senzaţii elementare (lumină, culoare, sunet etc.). Percepţia complexă a lumii exterioare şi a semnificaţiilor diferitelor senzaţii se realizează în ariile asociative, spre care sosesc impulsuri de la ariile primare şi de la nucleii talamici nespecifici. În ariile asociative se petrece procesul cel mai înalt de prelucrare (superizare). Aici are loc elaborarea modelului conştient al lumii, apare conştiinţa propriei noastre existenţe, iau naştere voinţa şi deciziile. Ele s-au dezvoltat mai recent pe scara filogenetică şi ocupă cea mai mare parte a suprafeţei neocortexului. Excitarea acestor zone nu este urmată de reacţii motorii şi nici senzitive. Distrugerea lor nu este urmată de paralizie sau abolirea vreunui simţ, ci de modificări psihice, tulburări de vorbire şi de personalitate. Ariile de asociaţie se împart în arii de asociaţie motorii şi arii de asociaţie senzoriale. - Ariile de asociaţie motorii sunt centrii de integrare a unor acte de expresie de tip motor care se învaţă în cursul vieţii prin educaţie, centrii lor neexistând la naştere: -centrul motor al vorbirii, descris de Broca, este localizat în piciorul girusului frontal ascendent, câmpul 44, în emisfera stângă la dreptaci şi în cea dreaptă la stângaci, controlează activitatea aparatului fonator. Distrugerea lui, prin tumori sau hemoragii, duce la afazie motorie. Bolnavul nu poate vorbi, deşi organul fonator nu este paralizat; el înţelege ce i se spune şi poate citi, elaborează mintal răspunsul dar nu este capabil să-l pronunţe verbal; -centrul motor al scrisului, localizat tot în girusul frontal inferior deasupra precedentului, în stânga pentru dreptaci şi în dreapta pentru stângaci, controlează activitatea muşchilor mâinii în actul scrisului. Lezarea lui accidentală duce la agrafie. Bolnavul este incapabil să scrie, deşi poate să vorbească şi să înţeleagă cuvintele scrise sau vorbite. Motricitatea mâinii nu este tulburată pentru alte activităţi. - Ariile de asociaţie senzitive sunt centrii de integrare a unor acte de expresie de tip senzorial: 61

-centrul înţelegerii cuvintelor vorbite, localizat în girusul temporal superior. Lezarea lui accidentală duce la afazie de tip senzorial (agnozie), cunoscută şi sub denumirea de surditate verbală. Bolnavul nu este surd, poate vorbi şi scrie, înţelege cuvintele scrise, dar nu înţelege cuvintele rostite de interlocutor, ca şi cum li s-ar vorbi într-o limbă străină deoarece au pierdut semnificaţia sunetelor; -centrul înţelegerii cuvintelor scrise, localizat în girusul parietal inferior. Distrugerea lor duce la alt tip de agnozie (afazie vizuală sau cecitate psihică) când pierde capacitatea de a înţelege ceea ce vede. Bolnavul vede un text scris dar nu recunoaşte şi nu înţelege cuvintele sau cifrele scrise. În afara ariilor de asociaţie motorii şi senzoriale mai sus amintite, se găsesc arii de asociaţie în zona prefrontală şi în zona parietală. - Zona prefrontală de asociaţie (dispusă în partea anterioară a lobului frontal) este sediul controlului cortical al funcţiilor vegetative, ea fiind conectată bidirecţional cu talamusul şi hipotalamusul. Tot aici este şi sediul personalităţii umane. Distrugerea acestor centrii, pe lângă modificări vegetative (circulatorii, respiratorii, gastrointestinale) produce şi alterări ale personalităţii şi comportamentului: docilitate excesivă, comportament social bizar (atitudine în contradicţie cu situaţia de moment). - Zona parietală de asociaţie, reprezintă zone interpretative a senzaţiilor somatice. Lezarea sa reduce capacitatea recunoaşterii prin pipăit a formei, durităţii, asperităţii sau calităţii obiectului atins, face imposibilă recunoaşterea poziţiei spaţiale a membrelor. Uneori este negată chiar apartenenţa unei părţi din propriul corp (asomatognozie). Funcţiile paleocortexului. Paleocortexul sau sistemul limbic este bogat conectat cu neocortexul, hipotalamusul şi căile olfactive. Procesele desfăşurate la acest nivel determină creşterea tonusului funcţional al neocortexului. Sistemul limbic îndeplineşte trei categorii de funcţii: centrul cortical al analizatorulul olfactiv, reglarea actelor de comportament instnctiv şi are rol în procesele psihice afective. a. Funcţia olfactivă prezintă o însemnătate mare la animalele macrosmatice, care pe baza mirosului recunosc de la mare distanţă adversarul, prada, duşmanul. La om mirosul are o imortanţă mai mică (el fiind un tip microsmatic), simţul olfactiv are şi o componentă emoţională cu efect stimulator sau inhibitor. b. Actele comportament instinctiv reprezintă un ansamblu de activităţi psihice, somatice şi vegetative desfăşurate în vederea satisfacerii unor necesităţi primare ale organismului (alimentarea, adăparea, funcţia sexuală etc.). La baza actelor de comportament se află un proces nervos complex numit motivaţie care se defineşte ca o stare psihică ce determină omul sau animalul să îndeplinească anumite activităţi menite să satisfacă una din necesităţile primare. Motivaţia dispare în momentul satisfacerii şi reapare odată cu necesitatea repetării actului de comportament respectiv. Astfel, scăderea volumului lichidelor extracelulare provoacă setea care este o motivaţie ce se va stinge prin ingestia de apă. Nu este activitate umană care să aibă la bază o motivaţie care dă suport şi tărie actelor noastre psihice (afective sau intelectuale), ca şi celor fizice motorii (performanţa sportivă de exemplu). Cercetările experimentale pe animale purtătoare de electrozi implantaţi, au evidenţiat la nivelul creierului două categorii de centrii: de pedeapsă şi de recompensă. - Centrii pedepsei stimulaţi de experimentator produc tulburări nervoase şi îmbolnăvirea animalului; stimularea lor, produsă prin apăsarea întâmplătoare a animalului pe o pedală aflată în cuşcă, produce comportament de evitare a pedalei. Centrii pedepsei se găsesc în hipotalamusul lateral şi posterior, în partea dorsală a mezencefalului şi în cortexul limbic. - Centrii recompensei produc, prin excitare întâmplătoare stări plăcute deoarece animalul revine şi apasă pe pedală fără întrerupere până la epuizare. Aceşti centrii suntlocalizaţi în hipotalamusul medial, în profunzimea sanţului Sylvius şi în mezencefalul anterior. c. Procesele psihice afective reprezentate de emoţii, sentimente, pasiuni se nasc în sistemul limbic şi au la bază circuitele funcţionale pe care sistemul limbic le realizează cu 62

hipotalamusul, talamusul nespecific, formaţia reticulată a trunchiului cerebral, ca şi cu toate ariile corticale asociative. Pe baza acestor conexiuni, sistemul limbic poate elabora unele reflexe condiţionate simple (de evitare a unor agenţi dăunători). El provoacă şi manifestările vegetative ale emoţiilor: paloare, roşeaţă, variaţii ale tensiunii arteriale etc. Circuitele limbo-neocorticale şi limbo-mezencefalice stau la baza procesului de învăţare şi de trăire subiectivă a emoţiei (frică, anxietate, bucurie etc.). - Nucleii bazali (corpii striaţi) reprezintă etajul cel mai înalt de integrare al mişcărilor involuntare, automate. La nivelul lor se elaborează şi unele comenzi voluntare pentru mişcări de ansamblu ca înclinarea corpului în faţă-spate, înclinarea laterală, mişcări de răsucire a trunchiului, rotaţia corpului sau mişcări globale în articulaţia umărului şi corpului. Rolul lor preponderent este în reglarea mişcărilor involuntare (tonus, postură, echilibru) dar şi a celor automate cum este de exemplu mersul în care mişcarea este iniţiată voluntar de scoarţă dar continuată apoi automat fără preocuparea specială a individului. Corpii striaţi, prin intermediul structurilor motorii extrapiramidale din trunchiul cerebral (nucleul roşu, substanţa neagră, formaţia reticulată), determină repartiţia adecvată atonusului la nivelul musculaturii active şi adoptarea unei posturi corespunzătoare în vederea efectuării mişcării voluntare, în condiţii optime. În acelaţi timp prin circuitul de feed-back strio-talamocortical, corpii striaţi influenţează comanda voluntară corticală. Lezarea corpilor striaţi duce la boli caracterizate prin hipotonie şi hiperkinezie (coreea) sau prin hipertonie şi hipokinezie (boala Prkinson). Elaborarea comenzii motorii voluntare. Emisferele cerebrale coordonează întreaga activitate motorie somatică, voluntară şi involuntară. Principalele structuri implicate în acest control nervos sunt cortexul motor şi corpii striaţi. Cercetările experimentale de stimulare sau extirpare, precum şi observaţii anatomice şi clinice la bolnavii cu leziuni are ariei motorii principale au evidenţiat că stimularea ariei 4 determină contracţii izolate sau grupate ale muşchilor din jumătatea contralaterală, iar extirparea aboleşte mişcările voluntare din jumătatea opusă a corpului. S-a constatat că mişcarea voluntară este însoţită şi chiar precedată de activităţi motorii involuntare, automate. Acestea constau în modificări ale tonusului muşchilor activi şi modificări în postura individului, toate favorizând realizarea mişcării conform intenţiei. Deci, mişcarea voluntară se realizeză cu participarea structurilor motorii extrapiramidale. Sediul exact unde are loc elaborarea ideii de mişcare este greu de precizat. La acest act neurofiziologic şi psihologic complex, participă creierul emoţional (hipotalamusul şi sistemul limbic), ariile corticale motorii, premotorii, senzoriale şi asociative, nucleii bazali, cerebelul şi talamusul. Participarea conştientă a individului la activitatea efectorilor somatici face parte din activitatea cerebrală volitivă, în care voinţa reprezintă forma cea mai înaltă de activitate nervoasă conştientă. Deşi voinţa se mainifestă ca o stare psihică primară, aparent lipsită de cauzalitate, în realitate toate actele decizionale au un mecanism cauzal de producere. La originea oricărui act voluntar se află o motivaţie mai mult sau mai puţin evidentă. Elaborarea unei comenzi voluntare nu este opera unei anumite structuri cerebrale ci a întregului creier. Un rol deosebit în activitatea voluntară îl joacă lobul prefrontal, ca centru de integrare superioară a personalităţii şi comportamentului social al individului. Voinţa înseamnă, în acelaşi timp, puterea de a lua decizii dar şi perseverenţa de a le duce la îndeplinire. Mecanismul de iniţiere a comenzii voluntare motorii reprezintă un exemplu complex de elaborare a unui act voliţional. Date experimentale şi cerecetări clinice arată că scoarţa motorie precentrală (aria 4) nu este sediul elaborării comenzii voluntare, ci ea reprezintă structura motorie care pune în aplicare comanda. Elaborarea planului unei anumite activităţi motorii orientate spre un anumit scop este opera a numeroase structuri nervoase corticale şi subcorticale, implicate în motivaţie. Motivaţia pentru efectuarea unei anumite mişcări voluntare ia naştere în creierul emoţional şi asociativ, care elaborează planul general al mişcării. Prin circuite cortico-striate şi cortico-ponto-cerebeloase, planul mişcării este remis simultan nucleilor bazali şi cerebelului 63

care, la rândul lor, trimit impulsul spre cortexul motor prin releu talamic. Astfel iau naştere două circuite de feed-back motor: - circuitul cortico-strio-talamo-cortical; - cortico-cerebelo-talamo-cortical. Prin conlucrarea tuturor acestor structuri este elaborat programul mişcării voluntare, care este transmis, apoi simultan spe crebel şi nucleii bazali. Cerebelul compară această schemă teoretică de mişcare cu informaţiile pe care le primeşte de la proprioceptori, asupra mişcării reale executate şi efectuează corecţiile necesare. Deciziile cerebelului sunt transmise cortexului motor prin intermediul talamusului. La rândul lor nucleii bazali ajungând în posesia planului mişcării trimite impulsurile în două direcţii: - spre structurile motorii din trunchiul cerebral, determinând activităţi tonice şi posturale adecvate executării mişcării voluntare; - spre cortexul motor, tot prin releu talamic, contribuind la elaborarea programului complet al mişcării (repartiţia exactă a sarcinilor motorii ale fiecărui muşchi, precizarea ordinei de intrare în activitate, gradarea forţei de contracţie, inhibarea muşchilor antagonişti). Cortexul motor, pe baza aferenţelor primite de la corpii striaţi, cerebel şi talamus, pune în aplicare programul concret al mişcării, trimiţănd pe căile piramidale ordine spre motoneuroniii medulari. Cortexul motor coordonează, în special, mişcările rapide ale extermităţilor, activitatea motorie fină calificată (scrisul, cântatul la instrumente etc.). Toate aceste operaţiuni de elaborare a comenzii voluntare durează câteva zecimi de secundă.

Rezumatul unităţii de studiu În unitatea de curs mai sus prezentată, sunt prezentate rolul important în cadrul sistemului nervos central pe care îl au emisferele cerebrale. De asemenea sunt prezentate mecanismele de formare al reflexelor condiţionate şi a comenzilor motorii voluntare, precum şi mecanismul de reglare al mecanismelor de somn şi veghe.

Autoevaluare 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Care sunt funcşiile neocortexului? Explicaţi mecanismul neuro-fiziologic de formare a reflexelor condiţionate. Care sunt legile activităţii nervoase superioare? Explicaţi mecanismul de vghe şi cel de somn. Care sunt funcţiile paleocortexului? Explicaţi mecanismul de elaborare a comenzii motorii voluntare.

MODULUL VIII. Elemente de neuro-fiziologie a sistemului nervos vegetativ Scopul modulului 

Înţelegerea noţiunilor privind neuro-fiziologia sistemului nervos vegetativ

Obiective operaţionale  

64

Cunoaşterea modalităţilor de funcţionare a sistemului nervos vegetativ şi de influenţare şi reglare a diverselor aparate şi sisteme ale organismului Rolul sistemului nervos vegetativ în realizarea homeostaziei mediului intern cu cel extern şi a mediului intern cu cel intern.

Structura funcţională a sistemului nervos vegetativ Sistemul nervos vegetativ integrează şi coordonează, în strânsă legătură cu sistemul nervos central, funcţiile viscerale. El dirijează activitatea organelor interne şi intervine în reglarea funcţiilor metabolice. În prima jumătate a sec. XIX, funcţiile organismului erau împărţite în două mari categorii: funcţii animale, de relaţie (mişcări) şi funcţii vegetative (respiraţia, digestia, excreţia), comune animalelor şi plantelor (lat. vegetativus = vegetal). Tot în această perioadă s-au descris marii nervi simpatici ce realizează legături, simpatii între organele interne pe care le inervează (gr. sympathes = simpatie). Deşi sistemul nervos vegetativ este separat la periferie de cel somatic, la nivelul formaţiunilor centrale, superioare, există o strânsă legătură între funcţiile vegetative şi cele somatice. Sistemul nervos vegetativ inervează muşchii netezi ai organelor interne, vasele sanguine, muşhiul cardiac şi glandele. Există, totuşi, unele diferenţe structurale între sistemul nervos vegetativ şi cel somatic. Neuronii efectori ai sistemului nervos somatic se găsesc numai în sistemul nervos central (în coarnele ventrale ale măduvei spinării sau în nucleii motori ai nervilor cranieni), în timp ce neuronii sistemului nervos vegetativ, care îşi trimit axonii la efectori, sunt situaţi în ganglionii nervoşi dispuşi extranevraxial. O altă caracteristică este şi aceea că fibrele vegetative se termină la nivelul organelor interne sub formă de terminaţiuni libere, deci nu găsim acele formaţiuni speciale (plăcile neuromusculare) de la terminaţia nervilor somatici. Sub aspect funcţional, secţionarea nervilor vegetativi efectori nu produce paralizia muşchilor netezi sau suprimareas ecreţiilor glandulare. O altă deosebire constă în modalitatea de transmitere a impulsului nervos la efector. Aplicarea unui excitant pe un nerv efector somatic determină apariţia unui singur potenţial de acţiune şi contracţia muşchiului. Dacă aplicăm, însă, un stimul pe un nerv efector vegetativ, apare un singur potenţial de acţiune, dar electromiograma prezintă o serie de deflexiuni asincrone ce se menţin mai mult timp, răspunsul fiind deci, de lungă durată. Acest aspect ne sugerează faptul că fibrele vegetative îşi exercită acţiunea prin intermediul unor substanţe chimice a căror efect continuă şi după încetarea excitării lor. Sistemul nervos vegetativ este constituit dintr-o porţiune centrală şi alta periferică. -Porţiunea centrală cuprinde centrii nervoşi vegetativi situaţi în măduva spinării, trunchiul cerebral, diencefal şi scoarţa cerebrală. În scoarţa cerebrală există centrii vegetativi în ariile 13, 14, 24, 25, 32, de pe feţele inferioare şi interne a lobilor frontali, precum şi în hipocamp. Stimularea electrică a ariilor 24, 25, determină o rărire a bătăilor inimii, efecte respiratorii, piloerecţie, dilatarea pupilei, modificări tensionale. Stimularea ariilor 13, 14 poate opri mişcările respiratorii, modifică presiunea sângelui şi mişcările gastrointestinale. Dintre centrii vegetativi subcorticali cel mai important este hipotalamusul, care prezintă legături strânse cu hipocampul prin intermediul talamusului şi al trigonului cerebral. De asemeni, legături între scoarţa cerebrală şi hipotalamus se realizează prin intermediul corpilor striaţi. Activitatea hipotalamusului este controlată de scoarţa cerebrală, iar la rândul său, hipotalamusul constituie principalul centru subcortical de reglare a activităţii simpatice şi parasimpatice. Centrii vegetativi de la nivelul măduvei spinării şi al trunchiului cerebral sunt consideraţi centrii vegetativi inferiori. -Porţiunea periferică este situată în afara sistemului nervos centrală, fiind reprezentată prin ganglionii vegetativi şi fibre nervoase vegetative. Ganglionii vegetativi au diferite dispoziţii: unii sunt situaţi de o parte şi de alta a coloanei vertebrale - ganglionii paravertebrali sau laterovertebrali; alţii sunt aşezaţi în faţa coloanei vertebrale numiţi ganglioni prevertebrali sau previscerali; alţii sunt dispuşi în pereţii viscerelor şi sunt numiţi ganglioni intramurali. Fibrele nervoase vegetative sunt alcătuite din fibre senzitive şi motorii. Fibrele motorii, la rândul lor, sunt preganglionare şi postganglionare (amielinice).

65

Arcul reflex vegetativ reprezintă unitatea elementară în mecanismul de funcţionare a sistemului nervos vegetativ şi este format dintr-o cale aferentă, un centru nervos şi o cale eferentă (fig. 8). Calea aferentă este formată din prelungirile neuronilor viscerosenzitivi din ganglionii spinali sau din ganglionii de pe traiectul nervilor cranieni. Dendritele acestor neuroni culeg excitaţiile de la visceroceptori (baroreceptori, osmoreceptori, chemoreceptori), iar axonii merg la centrii nervoşi din măduvă sau trunchiul cerebral. Calea eferentă este alcătuită din două neuroni: un neuron preganglionar, situat în centrul vegetativ din măduva spinării sau trunchiul cerebral, a cărui prelungire formează fibra preganglionară (mielinică), iar al doilea neuron se găseşte în ganglionii vegetativi paravertebrali, previscerali sau intramurali; axonul acestuia constituie fibra postganglionară (amielinică) ce merge la organul efector. Menţionăm că fibrele preganglionare medulare ies prin rădăcina anterioară a nervului spinal, împreună cu fibrele somatice, pătrund apoi prin ramul comunicant alb în ganglionul simpatic paravertebral. Aici, fibra preganglionară are mai multe posibilităţi: a. poate face sinapsă cu mai mulţi neuroni postganglionari din acelaşi ganglion; b. fibra preganglionară se ramifică în mai multe ramuri ascendente şi descendente ce merg în lungul lanţului simpatic şi stabilesc conexiuni cu cca. 30 de neuroni postganglionari din 8-9 ganglioni diferiţi; aceasta este situaţia cea mai frecventă. Fibrele postganglionare se pot întoarce prin ramul comunicant cenuşiu în nervul rahidian mixt, sau pot forma trunchiuri nervoase cenuşii postganglionare. În ambele cazuri aceste fibre postganglionare se distribuie la organele interne, toracice, abdominale; c. axonul preganglionar trece prin ganglionul paravertebral fără să facă sinapsă aici, iese apoi pe calea nervilor simpatici albi (nervii splanhnici), va ajunge într-un ganglion previsceral (celiac, mezenteric superior, mezenteric inferior) sau în unul intramural cu a căror neuroni sinapsează. Fibrele postganglionare se vor distribui apoi la organele abdomino-pelvine, la aortă şi arterele iliace; d. fibra preganglionară trece prin ganglionii paravertebrali şi previscerali (celiac) fără a face sinapsă şi ajunge la medulosuprarenală, care este inervată de fibre simpatice preganglionare. Comparativ cu calea eferentă a arcului reflex somatic care este neîntreruptă, calea eferentă vegetativă este întreruptă la nivelul ganglionilor vegetativi; excepţie fiind doar în cazul inervaţiei medulosuprarenalei, celulele secretorii ale acestei glande sunt inervate direct de fibrele preganglionare ale nervului splanhnic şi ele reprezintă, de fapt, neuronii postganglionari. Deci, în alcătuirea unui arc reflex vegetativ intră trei neuroni: un neuron senzitiv şi doi neuroni motori. Totuşi, ganglionul vegetativ nu este un neuron reflex, el fiind doar un simplu releu pe calea efectorie, centrul fiind situat în sistemul nervos central. De obicei, fibrele postganglionare, mai ales cele parasimpatice, sunt scurte şi se distribuie numai la unele din celulele efectoare. Activitatea celulelor din jur (care nu sunt inervate) este influenţată de mediatorii chimici secretaţi de terminaţiile nervoase vegetative. Majoritatea organelor primesc o inervaţie vegetativă dublă cu efecte antagoniste asupra activităţii lor. Astfel, inima prezintă o inervaţie simpatică (stimulatoare) şi parasimpatică (inhibitoare). Există, totuşi, şi organe asupra cărora simpaticul şi parasimpaticul au efecte similare. Aşa de exemplu, excitarea fibrelor simpatice, cât şi a celor parasimpatice determină o stimulare a glandelor salivare, contracţia splinei; există însă, în aceste cazuri, o diferenţă cantitativă şi calitativă. Sunt şi organe care primesc o singură inervaţie vegetativă. Astfel, medulosuprarenala, uterul, cele mai multe arteriole posedă doar o inervaţie simpatică, iar glandele gastrice şi pancreatice au numai o inervaţie parasimpatică. La nivelul terminaţiilor fibrelor vegetative se eliberează mediatori chimici prin intermediul cărora acţionează asupra efectorilor. Fibrele postganglionare simpatice descară un amestec de catecolamine, dintre care 95% îl constituie noradrenalina şi 5% adrenalina. Din această cauză noradrenalina este considerată ca 66

un mediator chimic al terminaţiilor simpatice adrenergice. Celulele medulosuprarenale secretă catecolamine cu un procent de 80% adrenalină. Fibrele postganglionare parasimpatice, la fel şi toate fibrele preganglionare (simpatice şi parasimpatice) secretă acetilcolină, deci sunt fibre colinergice. Dar s-au descoperit şi fibre postganglionare simpatice, care descarcă acetilcolină, aşa cum sunt fibrele care se termină în musculatura striată şi în glandele sudoripare. Sistemul nervos vegetativ, din punct de vedere fiziologic, se împarte în sistem nervos simpatic şi sistem nervos parasimpatic. Sistemul nervos simpatic Sistemul nervos simpatic este format dintr-o porţiune centrală şi una periferică. Porţiunea centrală este alcătuită din neuronii vegetativi ai coarnelor anterioare medulare toracolombare – C8-L3 . Aceşti neuroni formează centrii simpatici spinali, iar axonii lor constituie fibre preganglionare. Centrii simpatici medulari au o dispoziţie metamerică destul de precisă: centrul cilio-spinal (C8-T2); centrul cardioaccelerator în regiunile cervico-dorsală şi parţial lombară; centrul adrenalino-secretor (T5-L3); centrii genito-urinar şi anorectal în regiunea lombară. O localizare destul de exactă o au şi centrii vasomotori, sudorali şi pilomotori. Dar, în afară de aceşti centrii nervoşi simpatici medulari, substanţa reticulată bulbară conţine centrii integratori ai vasomotricităţii, adrenalino-secretor şi probabil, şi ai pilomotricităţii şi sudoraţiei, al căror rol este de a regla şi determina activitatea homeostatică a aparatului circulator şi termoreglator. Centrii bulbari acţionează asupra celor medulari prin fasciculele descendente reticulospinale situate în profunzimea cordonului lateral al măduvei. Porţiunea periferică a simpaticului este alcătuită din fibre aferente şi ganglionii paravertebrali, previscerali, intramurali de unde pleacă fibre nervoase preganglionare şi postganglionare, ce constituie calea eferentă. Ganglionii paravertebrali sunt situaţi de o parte şi de alta a coloanei vertebrale, formând cele două laturi simpatice laterovertebrale alcătuite din 22-24 ganglioni legaţi între ei prin fascicule interganglionare. De asemenea, fiecare ganglion este unit de nervul rahidian mixt prin două ramuri: ramura comunicantă albă (cu fibre preganglionare mielinizate) şi ramura comunicantă cenuşie (cu fibre postganglionare amielinice). După segementele medulare cu care sunt în raport, ganglionii laterovertebrali se împart pe regiuni astfel: 3 perechi de ganglioni cervicali, 10-12 perechi de ganglioni toracali, 4-5 perechi de ganglioni lombari, 4-5 perechi de ganglioni sacrali şi 1 ganglion coccigian nepereche, unde se întâlnesc cele două lanţuri ganglionare. a. porţiunea cervicală este formată din 3 perechi de ganglioni cervicali: superiori, medii şi inferiori (stelaţi, fiind constituiţi din unirea ultimei perechi de neuroni cervicali cu prima pereche toracală). Fibrele postganglionare, ce pleacă de la aceşti ganglioni, dau plexuri ce transmit impulsuri motoare la glandele sudoripare, vase şi muşchii firelor de păr din regiunea capului, a feţei şi a membrelor superioare. Mai formează plexuri pentru inimă, glandele salivare, glandele lacrimale, glandele tiroidă şi paratiroidă. b. porţiunea toracală formată din 10-12 perechi de ganglioni, de la care pleacă fibre toracale şi abdominale. Fibrele preganglionare din T1-T5, părăsesc nervii intercostali respectivi prin ramurile comunicante albe şi ajung la ganglionii simpatici laterovertebrali corespunzători, unde sinapsează. Fibrele postganglionare toracale participă apoi la formarea plexurilor pulmonar, esofagian şi cardiac.

67

Figura nr. 28 - Sistemul nervos vegetativ simpatic Fibrele preganglionare, ce pleacă din T5-T12, se desprind din nervii intercostali şi ajung la ganglionii paravertebrali corespunzători, nu sinapsează şi formează, apoi, ramurile abdominale. Fibrele abdominale ce vin din T5-T9, dau naştere nervului splanhnic mare care, după ce străbate diafragmul, merge la ganglionul celiac (semilunar). Ganglionii celiaci sunt doi ganglioni voluminoşi (de unde şi numele de "creier abdominal"), de la care pleacă numeroase fibre postganglionare, ce vor forma cel mai mare plex abdominal – plexul solar sau celiac. În acest plex îşi au originea o serie de fibre nervoase ce merg în lungul arterelor şi care formează plexuri secundare: gastric, splenic, hepatic, suprarenal, renal, mezenteric superior. Fibrele abdominale ce vin din T10-T11 formează nervul micul splanhnic, care merge la ganglionul aortico-renal. Vedem deci, că nervii splanhnici sunt formaţi din fibre preganglionare, care nu sinapsează în ganglionii laterovertebrali, ci în ganglionii previscerali. c. porţiunea lombară este alcătuită din 4-5 perechi de ganglioni de la care pleacă fibre postganglionare ce formează următoare plexuri: lombar, vascular, intermezenteric. d. porţiunea sacrală cuprinde 4-5 perechi de ganglioni simpatici laterovertebrali, aşezaţi de o parte şi de alta a rectului. Fibrele preganglionare din măduva lombară nu vin la aceşti 68

ganglioni prin ramuri comunicante albe, ci prin ramurile interganglionare. O parte din fibrele postganglionare trec prin ramurile comunicante cenuşii în nervii rahidieni sacrali, iar altele formează plexul hipogastric superior prin care sunt trimise impulsuri la colonul sigmoid, rect şi vezica urinară. Plexul hipogastric superior dă naştere la două plexuri hipogastrice inferioare (de o parte şi de alta a rectului), de la care se formează apoi plexurile secundare: hemoroidal, vezical, uterin, vaginal sau prostatic, care inervează viscerele pelvine. Ganglionii previscerali sunt situaţi în apropierea viscerelor. Cei mai importanţi sunt: ganglionii celiaci (semilunari), ganglionii mezenterici superiori şi ganglionii mezenterici inferiori. Mai sunt şi: ganglionii plexurilor carotidiene şi cardiace, ganglionii plexului renal, splenic, vezical, hemoroidal, uterin. Ganglionii intramurali sunt situaţi în pereţii viscerelor. Astfel, în pereţii tubului digestiv (de la esofag şi până la rect) se găsesc 3 plexuri simpatice intramurale ce se anastomozează între ele: plexul subseros (plexul Vorobiov), plexul muscular (plexul Auerbach), plexul submucos (plexul Meissner). Aceste plexuri conţin un mare număr de ganglioni mici sau de celule nervoase izolate. Deoarece un neuron simaptic din coarnele laterale dă naştere la 30 de ramificaţii preganglionare scurte, în evantai, va inerva mai multe organe; de aici şi răspunsul extins, generalizat, care se capătă în cazul generalizării simaptice. Funcţiile sistemului simpatic Sistemul simpatic exercită multiple funcţii asupra diferitelor organe; aceste funcţii sunt redate succint în tabelul alăturat. Organul inervat

Efectele stimulării simpaticului

Efectele stimulării parasimpaticului

Fibrele musculare radiare din iris Fibrele musculare circulare din iris

Contracţie cu dilatarea pupilei (midriază)

Nu este inervat

Muşchiul corpului ciliar

Contracţia fibrelor radiare Acomodare pentru vederea la distanţă

Contracţie cu micşorarea pupilei (mioză) Contracţia fibrelor circulare Acomodare pentru vederea de aproape

Glande lacrimare şi conjunctiva

Vasoconstricţie

Vasodilataţie şi secreţie

Glandele salivare Bronhii Inimă şi artere coronare Stomac şi intestin

–

Vasoconstricţie Secreţie de salivă vâscoasă bogată în mucină Vasoconstricţie Bronhodilataţie Creşterea forţei de contracţie şi a frecvenţei cardiace a miocardului Dilatarea vaselor coronare Scăderea tonusului şi a motilităţii Contracţia sfincterlor

Ficatul Căile biliare extrahepatice Splină

Eliberarea de acizi graşi liberi în sânge Glicogenoliză Contracţie Creşterea fluxului biliar Contracţie

Pancreas

–

Depozitele de lipide

Vasodilataţie Secreţie apoasă abundentă Bronhoconstricţie Stimularea glandelor mucoase Scăderea frecvenţei cardiace Scurtarea perioadei refractare Coronaroconstricţie Creşterea tonusului şi a motilităţii Relaxarea sfinctelor Stimularea secreţiei – – Scăderea fluxului biliar – Creşterea secreţiei endocrine şi exocrine 69

Organul inervat

Efectele stimulării simpaticului

Vezica urinară

Relaxarea muşchiului detrusor Contracţia sfincterului vezical intern

Creşterea tonusului şi a motilităţii Secreţie de noradrenalină şi Medulosuprarenala adrenalină Vezicule seminale Contracţia sfincterului vezical intern Glandele sudoripare Secreţie Muşchii pilomotori Contracţie Vasele pielii Vasoconstricţie Vasele muşchilor Vasodilataţie Vasele creierului Vasoconstricţie Uretra

Efectele stimulării parasimpaticului Contracţia muşchiului detrusor Relaxarea sfincterului vezical intern – – – – – Vasodilataţie în unele zone – –

Prin descărcări adrenergice, sistemul nervos simpatic contribuie permanent la menţinerea tonusului vascular. Se consideră că rolul cel mai important constă în intervenţia sa în situaţii speciale, de pericol, când au loc descărcări masive, pregătind organismul pentru "luptă sau fugă". Astfel, activitatea cardiacă este intensificată, tensiunea arterială sporeşte, ceea ce determină o perfuzare mai bună cu sânge a muşchilor şi organelor vitale; glicemia creşte, la fel şi concentraţia acizilor graşi plasmatici, furnizând în felul acesta o cantitate mai mare de energie; vasoconstricţie cutanată, a cărei rezultat este redistribuirea sângelui pe teritoriul coronarian şi cerebral, iar sângerările la nivelul plăgilor diminuează; bronhiile se dilată, ceea ce permite pătrunderea mai uşoară şi în cantitate sporită a aerului în plămân şi o hematoză mai bună; dilataţie pupilară şi pătrunderea în receptorul vizual a unei cantităţi mai mari de lumină. Extirparea totală a lanţului simpatic paravertebral permite animalului de experienţă supravieţuirea, dar numai într-un mediu cât mai constant posibil, el nerezistând la frig. Muşchii scheletici, pe lângă inervaţia lor somatică funcţională, au şi o inervaţie trofică ce influenţează capacitatea lor de muncă; unele fibre postganglionare simpatice trec prin ramul comunicant cenuşiu, se alătură fibrelor somatice ale nervului rahidian şi merg împreună cu acestea la muşchii scheletici. Aşa se explică creşterea amplitudinilor contractile, la un muşchi obosit cu putere de contracţie scăzută, după aplicarea de excitaţii pe fibrele lui simpatice; prin aceste excitaţii au fost stimulate procesele biochimice musculare eliberatoare de energie. Din cele relatate se poate constatat că sistemul simpatic îndeplineşte funcţii motorii, secretorii şi trofice. Stimularea simpaticului are ca efect general o creştere a reacţiilor catabolice. Transmiterea impulsului nervos simpatic se face cu ajutorul noradrenalinei. Asupra modului de acţiune a catecolaminelor la nivelul ţesuturilor, în prezent, este admisă explicaţia conform căreia, la nivelul organelor, inervate de filete simpatice, ar exista două tipuri de receptori celulari: alfa-receptori şi beta-receptori. Alfa-receptorii, activaţi mai ales de noradrenalină, produc contracţia muşchilor netezi, în special, acelea din pereţii arteriolelor. Acelaşi efect excitator, îl poate avea şi adrenalina, dar numai în doze mari. Beta-receptorii, sensibili numai la adrenalină, produc efect inhibitor. Există o serie de substanţe care au un efect asemănător stimulării simpaticului şi se numesc simpaticomimetice. Unele din aceste substanţe acţionează direct asupra efectorului, iar altele, prin intermediul fibrei postganglionare (ex. efedrina), declanşând eliberarea de catecolamine. Sunt şi substanţe simpaticolitice, care acţionează asupra organului efector, blocând fie alfa-receptorii (ex. ergotamina), fie beta-receptorii (ex. diclorizoprenalina). Sistemul nervos parasimpatic La fel ca şi cel simpatic este format dintr-o porţiune centrală şi alta periferică. 70

Porţiunea centrală cuprinde neuronii grupaţi în centrii vegetativi de la nivelul trunchiului cerebral – parasimpaticul cranian – şi de la nivelul măduvei sacrale – parasimpaticul sacral. Parasimpaticul cranian este reprezentat printr-o serie de nuclei vegetativi parasimpatici de la care pleacă fibre ce se ataşează unor nervi cranieni (III, VII, IX, X), care sunt alcătuiţi atât din fibre somatice, cât şi vegetative. Dintre aceşti nuclei poziţia cea mai rostrală o are nucleul accesor al oculomotorului (Edinger-Westphal) din calota pedunculară mezencefalică. De la neuronii acestui nucleu pleacă fibre preganglionare ce vor sinapsa cu celulele nervoase din ganglionul ciliar, iar de aici, impulsul este transmis prin fibrele postganglionare, la muşchii intrinseci ai globului ocular. În punte se găsesc nucleii lacrimal şi salivator superior. De la nucleul lacrimal pleacă fibre parasimpatice secretoare şi vasodilatatoare, ce merg pe calea nervului VII la glandele mucoasei nazale, bucale şi faringiene. De la nucleul salivator superior, fibrele parasimpatice preganglionare merg pe cale nervului intermediar Wrisberg (VII bis) şi ajung la ganglionul submandibular, de unde vor pleca fibre postganglionare la glandele salivare submandibulare şi sublinguale. În bulb se află nucleul salivator inferior de unde îşi au originea fibrele parasimpatice ale glosofaringianului (IX). Sub planşeul ventriculului IV se află nucleul dorsal al vagului (cardiopneumo-enteric), de la care pleacă fibre preganglionare direct la: inimă, bronhii, plămâni, esofag, stomatc, ficat, pancreas, intestinul subţire, colonul ascendent şi transvers, splină, rinichi, glandele suprarenale. Nervul vag (pneumogastric), după ce formează nervul laringian inferior (recurent), rămâne numai cu fibre vegetative. Parasimpaticul sacrat cuprinde centrii preganglionari situaţi în coarnele laterale ale măduvei (S2-S4) sau în neuronii periependimari. Aceste fibre parasimpatice părăsesc măduva împreună cu nervii sacrali II, III, IV. După ieşirea nervilor din canalul rahidian, fibrele parasimpatice preganglionare se grupează şi dau naştere nervilor pelvieni (drept şi stâng), care intră în constituţia nervului hipogastric (pelvi-perineal), plex format dintr-o reţea de fibre simpatice şi parasimpatice în ochiurile căruia se află neuronii multipolari. Deşi toate fibrele preganglionare parasimpatice pătrund în acest plex, numai o mică parte sinapseză cu neuronii de aici, restul fibrelor străbat plexul hipogastric şi vor sinapsa în ganglionii intramurali, din pereţii ureterelor, vezicii urinare, uretrei, prostatei, veziculei seminale, uterului, vaginului, rectului etc. Fibrele postganglionare, care inervează aceste organe, sunt scurte.

71

Figura nr. 29 - Sistemul nervos vegetativ parasimpatic Dintre centrii parasimpatici sacrali menţionăm: centrul micţiunii (vezicospinal sacral), centrul defecaţiei (centrul anospinal sacral), centrul erecţiei (centrul genitospinal sacral). Porţiunea periferică cuprinde fibre senzitive, neuroni vegetativi grupaţi, sau nu, în ganglioni viscerali parasimpatici, fibre nervoase motorii (preganglionare şi postganglionare). Ganglionii parasimpatici, spre deosebire de cei simpatici, au o poziţie mult mai periferică, fiind situaţi în vecinătatea sau chiar în peretele organelor pe care le inervează. În regiunea craniană găsim următorii ganglioni parasimpatici: ganglionul ciliar, ganglionul otic, ganglionul submaxilar. Funcţiile sistemului parasimpatic Ca şi simpaticul, sistemul nervos parasimpatic are funcţii motoare, secretoare şi trofice. Parasimpaticul inervează musculatura netedă, cardiacă şi glandele. Acţiunea sa este opusă celei simpatice. Produce, de obicei, vasodilataţie la nivelul organelor pe care le inervează, dar efectele vasodilatatorii şi motoare sunt, de obicei, foarte localizate. Acţiunile segmentului parasimpatic sunt mai discrete şi mai difuze comparativ cu cele simpatice. Efectele parasimpatice au un caracter mai localizat şi de refacere. Aşa de exemplu, asupra inimii are ca efect scăderea frecvenţei cardiace şi a puterei de refacere, protejând inima de effort şi de un consum prea mare de energie; constricţia pupilei (mioză) protejează ochiul de o lumină prea intensă, care ar fi dăunătoare. Efectele generale ale parasimpaticului sunt de a favoriza digestia, asimilaţia, somnul. Datorită efectului excitator asupra aparatului digestiv, prin stimularea secreţiei glandelor digestive şi a intensificării motilităţii digestive, parasimpaticul este socotit ca fiind un sistem anabolic, în opoziţie cu simpaticul care este predominant catabolic. Acţiunea sistemului nervos parasimpatic asupra diferitelor organe a fost deja prezentată schematic anterior, în tabel, împreună cu acţiunea simpaticului. Mediatorul chimic parasimpatic este acetilcolina, ce determină depolarizarea membranelor organelor efectoare pentru care parasimpaticul are acţiune excitatoare şi hiperpolarizarea membranelor organelor efectoare, asupra cărora are un efect inhibitor. Efectul acetilcolinei este rapid, de scurtă durată, strict localizat, deoarece ea este foarte repede descompusă de o enzimă – colinesteraza. S-a stabilit că există două tipuri de colinesteraze: pseudo-colinesterazele, care pot descompune şi alte substraturi (deci nu au acţiune specifică) şi care se găsesc în plasma sângelui şi în hematii; acetilcolinesteraza de la nivelul sinapselor sistemului nervos central şi al plăcilor motorii (cu acţiune specifică). 72

Există unele substanţe parasimpaticomimetice care reproduc efectele parasimpaticului. Astfel, ezerina acţionează prin inhibarea colinesterazei, prelungind în felul acesta efectul acetilcolinei. Alte substanţe sunt parasimpaticolitice a căror acţiune se manifestă la nivelul receptorilor acetilcolinici din membrana efectorilor, împiedicând activitatea acetilcolinei (ex. atropina). Există şi aşa-numitele substanţe parasimpaticotrope (ex. pilocarpina), care stimulează activitatea parasimpaticului. Sistemul nervos vegetativ funcţionează, ca şi sistemul nervos somatic, prin mecanisme complexe, având la bază actul şi arcul reflex vegetativ. S-a constatat însă, că unele activităţi vegetative (motilitatea intestinală, tonusul sfincterului anal) pot avea loc şi după extirparea măduvei. Aceasta este dată de sistemul nervos intramural format din plexuri şi neuroni, ce conferă unor organe o oarecare autonomie. Organele care posedă o inervaţie dublă sunt în mod permanent sub influenţa acţiunilor antagoniste a celor două componente vegetative. Aceste acţiuni, manifestate sub forma tonusului vegetativ, pot fi evidenţiate prin îndepărtarea unuia din cele două componente. Rezultatul activităţii sistemului nervos vegetativ este menţinerea constantelor funcţionale ale organismului, a homeostaziei. Menţinearea în limite fiziologice a constantelor lichidelor mediului intern, a temperaturii lor, se realizează prin intermediul sistemului nervos vegetativ care acţionează asupra circulaţiei, respiraţiei, aparatului glandular. De exemplu, la menţinerea unui anumit nivel a glicemiei intervine ficatul, pancreasul, medulosuprarenala, glande ce se găsesc sub controlul sistemului nervos vegetativ. Între sistemul nervos vegetativ şi cel al vieţii de relaţie există o strânsă interdependenţă anatomică şi funcţională. Cele două sisteme se influenţează reciproc, contribuind în felul acesta, la realizarea adaptării funcţiilor organelor interne la condiţiile variabile ale mediului intern şi extern. Substanţa reticulată a trunchiului cerebral, pe lângă funcţiile sale de reglare a sistemelor somatomotorii, mai îndeplineşte şi importante funcţii vegetative; aici sunt situaţi o serie de centri: respirator, al deglutiţiei, al masticaţiei, al vomei, al motricităţii vaselor sanguine etc. Toţi aceşti centri integrează reacţii foarte complexe somatice şi vegetative. În declanşarea acestor efecte somatice şi vegetative, în urma activării formaţiei reticulate, un rol deosebit îl are secreţia de adrenalină al cărei efect este stimulativ asupra substanţei reticulate.

Rezumatul unităţii de studiu Această unitate de curs îşi propune să prezinte rolul, importanţa şi modalităţile de funcţionare şi reglare ale sistemului nervos vegetativ. De asemenea. prezintă diferenţele şi conexiunile sistemelor nervoase vegetative simpatic şi cel parasimpatic

Autoevaluare 1. Precizaţii funcţiile şi rolul sistemului vegetativ simpatic. 2. Precizaţi funcţiile şi rolul sistemului vegetativ parasimpatic

73

Bibliografie a) Obligatorie: 1. GUYTON ARTHUR G., Fiziologie, ediţia în limba română sub redacţia Prof. Dr. Radu Cârmaciu, ediţia a V-a, Editura Medicala, 1996. 2. HAULICA I. – Fiziologie umană, Ed. Medicala, Bucuresti, 1996. 3. SBENGHE TUDOR, Kinesiologie - Ştiinţa Mişcării, Ed. Medicală, Bucureşti, 2002. b) Suplimentară, facultativă: 1. Voiculescu, V. & Steriade, M. (1963). Din istoria cunoaşterii creierului. Editura Ştiinţifică, Bucureşti. 2. Nelson, C. A., Luciana, M. (2001). Developmental Cognitive Neuroscience. MIT Press, Cambridge. 3. Cabeza, R., Kingstone, A. (2001). Handbook of Functional Neuroimaging of Cognition. MIT Press, Cambridge. 4. Cowan, W. M., Harter, D. H., & Kandel, E. R. (2000). The emergence of modern neuroscience: Some implications for neurology and psychiatry. Annual Review of Neuroscience 23, 243-391. 5. Kandel, E. R. (2000). Neuroscience: Breaking down scientific barriers to the study of brain and mind. Science 290, 1113-1121. 6. Milner, B., Squire, L. R., & Kandel, E. R. (1998). Cognitive neuroscience and the study of memory. Neuron 20, 445-468.

74

Cuprins OBIECTIVELE DISCIPLINEI................................................................................................... 3 COMPETENŢE ASIGURATE PRIN PARCURGEREA DISCIPLINEI..................................... 3 FOND DE TIMP ALOCAT, FORME DE ACTIVITATE, FORME DE VERIFICARE, CREDITE................................................................................................................................... 3 STABILIREA NOTEI FINALE ................................................................................................. 3 TIMP MEDIU NECESAR PENTRU ASIMILAREA FIECĂRUI MODUL ............................... 4 INSTRUCŢIUNI PENTRU PARCURGEREA RESURSEI DE ÎNVĂŢĂMÂNT....................... 4 Modulul I. Neuronul. Transmiterea sinaptică .............................................................................. 5 Scopul modulului.................................................................................................................... 5 Obiective operaţionale ............................................................................................................ 5 Unitatea de studiu I.1. Noţiuni de anatomie şi neuro-fiziologie a neuronului ........................... 5 Autoevaluare .................................................................................................................... 14 Unitatea de studiu I.2. Neuro-fiziologia sinapsei ................................................................... 14 Rezumatul unităţii de studiu.............................................................................................. 19 Autoevaluare .................................................................................................................... 19 Tema de control nr. 1:........................................................................................................... 20 Modulul II. Elemente generale privind neuro-fiziologia fibrei musculare.................................. 20 Scopul modulului.................................................................................................................. 20 Obiective operaţionale .......................................................................................................... 20 Rezumatul unităţii de studiu.............................................................................................. 28 Autoevaluare .................................................................................................................... 28 Tema de control nr. 2:........................................................................................................... 28 MODULUL III. Elemente de neuro-fiziologie a măduvei spinării............................................. 28 Scopul modulului.................................................................................................................. 28 Obiective operaţionale .......................................................................................................... 28 Rezumatul unităţii de studiu.............................................................................................. 40 Autoevaluare .................................................................................................................... 40 Tema de control nr. 3:........................................................................................................... 40 MODULUL IV. Elemente de neuro-fiziologie a trunchiului cerebral........................................ 40 Scopul modulului.................................................................................................................. 40 Obiective operaţionale .......................................................................................................... 40 Rezumatul unităţii de studiu.............................................................................................. 43 Autoevaluare .................................................................................................................... 44 MODULUL V. Elemente de neuro-fiziologie a cerebelului ...................................................... 44 Scopul modulului.................................................................................................................. 44 Obiective operaţionale .......................................................................................................... 44 Rezumatul unităţii de studiu.............................................................................................. 50 Autoevaluare .................................................................................................................... 50 MODULUL VI. Elemente de neuro-fiziologie a diencefalului .................................................. 51 Scopul modulului.................................................................................................................. 51 Obiective operaţionale .......................................................................................................... 51 Rezumatul unităţii de studiu.............................................................................................. 53 Autoevaluare .................................................................................................................... 53 MODULUL VII. Elemente de neuro-fiziologie a emisferelor cerebrale .................................... 53 Scopul modulului.................................................................................................................. 53 Obiective operaţionale .......................................................................................................... 53 Rezumatul unităţii de studiu.............................................................................................. 64 Autoevaluare .................................................................................................................... 64 75

MODULUL VIII. Elemente de neuro-fiziologie a sistemului nervos vegetativ ..........................64 Scopul modulului ..................................................................................................................64 Obiective operaţionale...........................................................................................................64 Rezumatul unităţii de studiu ..............................................................................................73 Autoevaluare .....................................................................................................................73 Bibliografie...............................................................................................................................74

76