Canale ionice

Conf. dr. Alexandru Babe Catedra de Fiziologie i Biofizic

I. Sistemul nervos descriere general

Sistemul nervos central-creierul-mduva spinrii

Sistemul nervos periferic-ganglioni-nervii periferici

Nervii periferici au o componentsenzitiv i una motorie

Creierul uman

Cortexul cerebral structurstratificat (6 straturi), implicat n funciile nervoase superioare atenie, percepie, gndire, limbaj, etc

Sistemul limbic (creierul vechi) structuri implicate n generarea emoiilor (amigdala), n memorie (hipocampusul) i n reglarea mediului intern (hipotalamusul)

Regiuni ale creierului implicate n procesarea informaiei

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

Aria lui Wernicke implicat n nelegerea limbajului

Aria lui Broca implicat n generarea limbajului

Complexitatea sistemului nervos

-1011 neuroni-1 neuron conexiuni cu ali104 neuroni-doar 10% dintre celulele din -doar 10% dintre celulele din creier sunt neuroni-90% sunt celule gliale (oligodendrocite, astrocite i celule microgliale)

II. Sistemul nervos componente celulare

Neuroni i celule glialeNeuroni celule implicate n semnalizare genereaz si propagsemnale electrice

Astrocite celule gliale suport trofic pentru neuroni i alte tipuri de neuroni i alte tipuri de celule

Oligodendrocite genereaz stratul de mielin pentru izolarea axonilor n SNC

Microglii celulele imune ale SNC

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

O multitudine de tipuri de neuroni

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

Biologia celular a neuronului

Transcrierea genic

Sinteza proteinelor n RER

Traficul veziculelor

Mitocondriile

Citoscheletul

Citoscheletul i maladia Alzheimer

Regiunile funcionale ale neuronului

1. Arborizaia dendritic culegerea de informaii

2. Soma, sau corpul neuronal procesarea informaiei

3. Conul axonal declanarea excitaiei

3. Conul axonal declanarea excitaiei

4. Axonul propagarea informaiei

5. Terminaiile neuronale transferul de informaie ctre alt celul

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

Propagarea inter-neuronal transmiterea sinaptic (eliberare de neuromediatori)

Celulele gliale cu rol in mielinizare oligodendrocite si celule Schwann

Each bead-like structure that is strung along an axon is a single oligodendrocyte.

Oligodendrocite i microglii

single oligodendrocyte.

Microglia process harmful bacteria and act as the brain's immune cells.

Rolul astrocitelor in SNC

Astrocytes can release gliotransmitters (like glutamate) by exocytosis to send signals to neighboring neurons.

Each astrocyte has its own territory (they don't overlap), and each may interact with several neurons and hundreds to thousands of

Rolul astrocitelor n SNC

hundreds to thousands of synapses to properly integrate information.

"End-feet" connect to blood vessels in the brain. By signaling blood vessels to expand or narrow, astrocytes regulate local blood flow to provide oxygen and nutrients to neurons in need.

O reea neuronal simpl reflexul rotulian

La reflexul rotulian particip 2 neuroni

a) Neuronul senzitiv un receptor al fusului muscular, detecteaz alungirea muchiului n urma lovirii tendonului terminaia senzitiv genereaz poteniale de aciune care se propag de-a lungul axonului periferic i apoi a axonului

axonului periferic i apoi a axonului motor pn n mduva spinrii

b) Neuronul motor localizat n cornul ventral al mduvei n urma excitrii sale de ctre neuronul senzitiv genereazpoteniale de aciune care se propag de-a lungul axonului pn la placa motorie dintre terminaia axonal i fibrele muchiului quadriceps

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

RetinCortex

Desene de Santiago Ramon y Cajal ( 1900)

III. Sistemul nervos tehnici de investigare

Tehnici electrofiziologice

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

Tehnica de patch-clamp

Msurarea curenilor ionici prin membranele celulare

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

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

Imagistica de calciu

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

Cu ajutorul acestei tehnici se masoarmodificrile survenite n concentraia intracelular de calciu n urma stimulrii neuronilor

Imagistica de rezonan magnetic(MRI magnetic resonance imaging)

RMN static

RMN funcionalTehnica de RMN funcional se folosete la punerea n eviden a regiunilor din creier care particip la un anumit proces (de exemplu privirea unor fotografii, sau perceperea unui stimul dureros, etc)

Tomografia de emisie pozitronic PET (positronic emission tomography)

Electroencefalografia (EEG)

Electroencefalografia pune n eviden activitatea electric a neuronilor corticali-undele de frecven mic i amplitudine mare (delta, theta) indic o activitate sincronizat a unui numr mare de neuroni apar n general n starea de somn- desincronizarea undelor (creterea frecvenei i scderea amplitudinii) este caracteristic strii de veghe activ

IV. Sistemul nervos patologie

Boli neurodegenerative - Maladia Parkinson

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

Maladia Parkinson

Maladia Parkinson degenerare a neuronilor dopaminergici din substantia nigra (ganglionii bazali) reducere a stimulrii cortexului motor bradikinezie i chiar akinezie

Maladia Parkinson

Boli neurodegenerative - Maladia Alzheimer

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

Maladia Alzheimer

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

Maladia Alzheimer

William Untermohlen diagnosticat n 1996

Maladia Huntington

-micri anormale, necoordonate, asemntoare unui dans (coree), declin al abilitilor mentale-maladie genetic rar, datorat apariiei unor secvene repetitive (CAG, >36) n gena care codific pentru proteina huntingtin mutaiile determin moarte neuronal n ganglionii bazali, atrofie a striatumului

Maladia Tourette ticuri motorii sau verbale, coprolalie

Scleroza lateral amiotrofic maladia Lou GehrigBoli neurodegenerative

Degenerarea motoneuronilor din SNC neuronii rspunztori de generarea micrii voluntaren lipsa semnalelor nervoase, muchii se atrofiaz

Scleroza multipl (sau n plci) maladie demielinizant inflamatorieBoli autoimune ale sistemului nervos

Demielinizarea nervului optic pierderea acuitii vizuale

Scleroza multipl se datoreaz atacrii stratului de mielin al neuronilor de ctre sistemul imun - declanarea procesului inflamator duce la distrugerea mielinei

Infecii virale ale sistemului nervos herpes simplex

Virusul herpex simplex 1 (HSV1) invadeazganglionii trigeminali. n urma reactivrii, virusul atac ariile cutanate deservite de aceti neuroni senzitivi din ganglioni buzele, brbia, gtul

Neuropatii periferice diabet, HIV, herpes zoster

Neuropatia este asociat cu vasoconstricie periferic i ischemie - necroz

Insensibilitatea cronic la durere

Durerea este o senzaie neplacut..

dar esenialpentru supravieuire.

Pacient (12 ani) cu insensibilitate

Insensibilitatea cronic la durere

Pacient (12 ani) cu insensibilitate complet la stimuli dureroi. Observai degetele lips i rnile de la genunchi.

Insensibilitatea cronic pentru durere se datoreaz unui defect genetic al receptorului trkA pentru factorul de cretere neuronal (NGF).

V. Biofizica membranei neuronale

Structura membranei

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

Funciile proteinelor membranare

Membrana conine proteine transmembranare i proteine membranare periferice. Proteinele pot avea funcii diferite: transportori, de ancorare, receptori, enzime, etc

Tipuri de transport membranar

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

Tipuri de transport:1. Transport pasiv:

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

Ex. transportul macromoleculelor, pompa de sodiu/potasiu

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

Pasiv: transportul prin canale ionice

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

transportul este relativ rapid;

transportul are loc n direcia gradientului electrochimic al ionilor respectivi;

Pasiv: transportul prin carriers (molecule transportor)

Moleculele transportor (carriers):sunt proteine transmembranare deschise alternativ pe o parte sau alta a membranei;transportul este mai lent fa de cel mediat de canalele ionice;mediaz difuzia facilitata; Ex.: transportul glucozei;

Transportul activ primar

Decurge cu consum de energie obinut prin hidroliza ATP-lui; Exist 3 tipuri de ATP-aze: F, V si P. Pompa de sodiu (ATP-aza de Na+-K+) este o ATP-az de tip P. Pe baza energiei furnizate de hidroliza unei molecule de ATP scoate 3 ioni de Na+ din celul i introduce 2 ioni de K+;

Transportul activ secundar (cotransport)

Transportul cuplat care nu utilizeaz ATP = transport activ secundar

secundar transportul unei substane n sensul gradientului de concentraie poate fi folosit pt a transporta alt molecul sau ion mpotriva gradientului de concentraie sau electrochimic;

cotransport (simport) = ambii solui sunt transportai n aceeai direcie; contra-transport = soluii transportai n direcii diferite; ex. transportul Na+ este cuplat cu ali solui; cotransportul Na+/H+, Na+/Ca2+, etc