CORNELIU STANCIU INTRODUCERE ÎN PSIHOFIZIOLOGIE

Integrarea neuroendocrină EdiŃia a 4-a

© Editura FundaŃiei România de Mâine, 2007

Editur ă acreditată de Ministerul EducaŃiei şi Cercetării prin Consiliul NaŃional al Cercetării ŞtiinŃifice

din ÎnvăŃământul Superior Descrierea CIP a Bibliotecii NaŃionale a României

STANCIU, CORNELIU

Introducere în psihofiziologie: integrarea neuroendocrină / Corneliu Stanciu. Ed. a 4-a Bucureşti: Editura FundaŃiei România de Mâine,2007 ISBN 978-973-725-975-2

159.91 575.87:611.8+611.4

Reproducerea integrală sau fragmentară, prin orice formă şi prin orice mijloace tehnice, este strict interzisă şi se pedepseşte conform legii.

Răspunderea pentru conŃinutul şi originalitatea textului revine exclusiv autorului/autorilor.

Redactor: Andreea DINU Tehnoredactor: Magdalena ILIE LaurenŃiu Cozma TUDOSE Coperta: Stan BARON

Bun de tipar: 22.10.2007 Coli tipar: 13

Format: 16/61×86

Editura FundaŃiei România de Mâine Bulevardul Timişoara, Nr. 58, Bucureşti, Sector 6,

Tel./Fax.: (021) 444 20 91; www.spiruharet.ro e-mail: contact@edituraromaniademaine.ro

UNIVERSITATEA SPIRU HARET

FACULTATEA DE SOCIOLOGIE-PSIHOLOGIE

CORNELIU STANCIU

INTRODUCERE ÎN PSIHOFIZIOLOGIE

Integrarea neuroendocrină

EdiŃia a 4-a

EDITURA FUNDAłIEI ROMÂNIA DE MÂINE Bucureşti, 2007

5

CUPRINS

INTRODUCERE……………………………………………………. 9 SECłIUNEA I

ORGANISMUL ŞI CELULA

I. Organismul uman ca sistem termodinamic…………………….. 11 I. 1. Conceptul de sistem………………………………………….. 11

I. 1.1. Alcătuirea şi structura sistemului……………………. 11 I. 1.2. Tipuri de sisteme……………………………………... 12

I. 2. Organismul viu ca sistem termodinamic…………………….. 13 2.1. Integralitatea organismului ca sistem termodinamic….. 14 I. 2.2. Integrarea sistemului viu…………………………….. 15

I. 2.2.1. Reflectarea ca proces universal…………….. 15 I. 2.2.2. ModalităŃi de integrare……………………… 17

II. Celula ca sistem termodinamic………………………………… 21 II. 1. Organizarea funcŃională a celulei……………………….. 21

II. 1.1. Celula ca sistem deschis………………………… 21 II. 1.2. Reglarea metabolismului celular……………….. 22 II. 1.3. Alcătuirea şi structura celulei………………….. 24

II. 1.3.1. Organitele celulare şi rolurile lor………….. 25 II. 1.3.2. Specializările funcŃionale ale celulelor…….. 35 II. 1.3.3. Relativitatea tipologiei funcŃionale a celulelor…. 42

SECłIUNEA a II-a COMPONENTA NERVOASĂ A SISTEMULUI INTEGRATOR

III. Neuronul – celulă excitabilă şi secretorie…………………….. 43 III. 1. Alcătuirea şi structura neuronului……………………….. 45 III. 2. Mecanisme implicate în asigurarea excitabilităŃii neuronului…. 54

III. 2.1. Pompe ionice……………………………………. 54 III. 2.1.1. Pompa de Na+-K+…………………….. 55 III. 2.1.2. Pompa de Ca2+……………………….. 57

III. 2.2. Mecanismul de schimb antiport Na+/ H+………. 57 III. 2.3. Sisteme enzimatice la nivelul membranei neuronale… 60

III. 2.3.1. Sistemul enzimaticenergetic (ATP-azele)... 61 III. 2.3.2. Sistemul enzimatic de comunicare……. 61 III. 2.3.2.1. Sistemul adenilatciclazei…. 61 III. 2.3.2.2. Sistemul fosfatidilinozi- tolkinazei………………...

63

6

III. 2.4. Sistemul receptor al membranei………………… 65 III. 2.5. Mecanismul de funcŃionare a canalului ionic…… 66

III. 2.5.1. Modelul barierelor (porŃilor)…………. 66 III. 2.5.2. Modelul ocluzării……………………. 68

III. 2.6. Mecanisme implicate în realizarea secreŃiei neuronale.. 71 III. 3. Procese electroionice la nivelul membranei neuronale….. 73

III. 3.1. Geneza şi întreŃinerea potenŃialului membranar de repaus (fluxurile ionice active)…………………….

73

III. 3.2. Geneza şi desfăşurarea potenŃialului de acŃiune (fluxurile ionice pasive)………………………….

75

III. 3.2.1. Deschiderea (activarea) canalului ionic….. 75 III. 3.2.2. Numărul critic de canale deschise şi

pragul de detonare a PA.…………………..

76 III. 3.2.2.1. Excitabilitatea neuronului……. 78 III. 3.2.3. Fluxurile ionice pasive sau desfăşurarea potenŃialului de acŃiune………………..

80

III. 3.2.3.1. Influxul pasiv al ionilor Na+…... 81 III. 3.2.3.2. Efluxul pasiv al ionilor K+…….. 82

III. 4. Pompa de Na+-K+ –mecanism homeostazic cu autoreglaj…… 83 III. 5. Propagarea potenŃialului de acŃiune………………..………… 84

III. 5.1. Viteza de propagare a potenŃialului de acŃiune……….. 86 III. 6. Mecanismul transmisiei sinaptice (comunicarea la inferfaŃă)… 87 III. 7. Uzura şi moartea neuronilor………………………………… 88

IV. Neuronul - componentă a sistemului cibernetic elementar………. 90 IV. 1. Polaritatea funcŃională a neuronului………………………….. 90

IV. 1.1. Controlul polului de intrare…………………………. 91 IV.1.1.1. Codificarea semnalelor la nivelul zonei de intrare……………………………………..

93

IV. 1.2. Recodificarea semnalelor la intrarea pe axon…………. 95 IV. 1.3. Controlul polului de ieşire…………………………... 95

IV.1.3.1. Decodificarea semnalelor la nivelul butonului terminal……………………………………

96

IV. 2. InterfaŃa ieşire-intrare……………………………………….. 97 IV. 3. Canalul ionic ca sistem cu mai multe stări posibile…………… 100 IV. 4. Plasticitatea sinapsei………………………………………….. 101

V. Arcul reflex ca sistem cibernetic…………………………………… 102 V. 1. Ierarhia arcurilor reflexe……………………………………….. 104

V. 1.1. Arcul reflex elementar…………………………………. 104 V. 1.1.1. Receptorul……………………………………. 104

V. 1.1.1.1. Geneza PA la nivelul receptorului… 105 V. 1.1.1.2. Organizarea funcŃională a sistemelor receptoare…………………………

106

7

V. 1.1.1.3. Specializarea receptorilor…………. 108 V. 1.1.1.4. Adecvarea receptorilor……………. 115

V. 1.1.2. Calea aferentă a arcului reflex elementar………. 116 V. 1.1.3. Centrul nervos al arcului reflex elementar……... 116 V. 1.1.4. Calea eferentă a arcului reflex elementar……… 117 V. 1.1.5. Efectorul……………………………………… 118 V. 1.1.6. Calea aferentă inversă a arcului reflex………… 121

V. 1.2. Arcul reflex supraelementar……………………………. 122 V. 1.2.1. Calea aferentă a arcului supraelementar………. 123 V. 1.2.2. Centrul nervos al arcului reflex supraelementar... 125 V. 1.2.3. Calea eferentă a arcului reflex supraelementar… 126

V. 2. NoŃiunea de organ nervos………………………………………. 126

VI. RelaŃii interneuronale în cadrul arcurilor reflexe……………… 129 VI. 1. RelaŃii sinaptice (circuite neuronale)………………………… 129 VI. 2. InterrelaŃii nonsinaptice……………………………………… 131

VI. 2.1. RelaŃii nonsinaptic între corpii celulari………………. 132 VI. 2.2. InterrelaŃii nonsinaptice între prelungirile neuronale…. 134

VII. Centrii nervoşi……………………………………………………. 137 VII. 1. NoŃiunea de centru nervos…………………………………. 139 VII. 2. Modificări de excitabilitate în jurul focarului stimulat……… 139

VII. 2.1. Creşterea excitabilităŃii în jurul focarului (iradierea)…. 139 VII. 2.2. Scăderea excitabilităŃii în jurul focarului (concentrarea)…………………………………..

141

VII. 2.3. Iradierea şi concentrarea în suprafaŃă şi în volum….. 142 VII. 2.4. InducŃia simultană şi consecutivă…………………. 143 VII. 2.5. Centri nervoşi ca sisteme logice cu mai multe stări posibile..………………………………………….

144

VIII. FormaŃiuni ganglionare…………………………………………. 146 VIII. 1. Ganglionii senzitivi…….………………………………… 146 VIII. 2. Ganglionii vegetativi……………………………………... 147

IX. Activitatea integratoare a organelor nervoase…………………… 149 IX. 1. Caracterul unitar al integrării………………………………… 149 IX. 2. CondiŃionarea reflexă……………………….………………. 152

X. Privire generală asupra analizatorilor…………………………….. 155

SECłIUNEA a III-a COMPONENTA ENDOCRINĂ A SISTEMULUI INTEGRATOR

XI. Integrarea endocrină……………………………………………… 161 XI. 1. Mesajul hormonal……..……………………………………... 161 XI. 2. SecreŃia de hormoni…………..……………………………… 162

8

XI. 3. Nivelurile de organizare a subsistemului endocrin…………… 163 XI. 4. Structura subsistemului endocrin……………………………. 164 XI. 5. Arcul şi actul reflex endocrin……...………………………… 167 XI. 6. Timpul reflex în integrarea endocrină……………………….. 168 XI. 7. Sferele integrării endocrine……...…………………………… 171

SECłIUNEA a IV-a SISTEMUL INTEGRATOR NEUROENDOCRIN

XII. Integrarea neuroendocrină………………………………………. 173 XII. 1. ParticularităŃile integrării neuroendocrine…………………… 174 XII. 2. Arcul şi actul reflex neuroendocrin…………………………. 177 XII. 3. Integrarea neuroendocrină a mediului intern………………... 180

XII. 3.1. Integrarea neuroendocrină în plan termic………….. 180 XII. 3.2. Integrarea neuroendocrină în plan chimic…………. 183

XII. 4. Integrarea neuroendocrină în mediul extern………………… 190 XII. 4.1. Integrarea neuroendocrină în plan material………... 192 XII. 4.2. Integrarea neuroendocrină în plan energetic……….. 193 XII. 4.3. Integrarea neuroendocrină în plan informaŃional… 196

XIII. Sferele integrării fiin Ńei umane………………………………….. 199 Bibliografie selectivă………………………………………………….. 207

9

INTRODUCERE

Organismul viu este un sistem numai în măsura în care deŃine o

anumită alcătuire – reprezentată de totalitatea părŃilor sale – şi o anumită structură – reprezentată de totalitatea relaŃiilor semnificative dintre acestea. El este un sistem deschis întrucât realizează cu ambianŃa proprie schimburi de substanŃe, energie şi informaŃie. În baza acestor relaŃii de schimb organismul viu împreună cu ambianŃa sa intimă formează un sistem termodinamic în cadrul căruia el reprezintă componenta cu evoluŃie rapidă. Întrucât viaŃa însemnează ordine, sistemul este viu numai în măsura în care reuşeşte să-şi menŃină entropia la un nivel redus. Expresia biologică a entropiei optime este homeostazia sistemului viu, starea de invarianŃă relativă a tuturor parametrilor săi fizici, chimici, biochimici şi fiziologici. Între necesitatea invariaŃiei parametrilor de stare (calitatea de sistem antientropic) şi necesitatea realizării schimburilor (calitatea de sistem termodinamic deschis) se naşte astfel o contradicŃie ce nu poate fi rezolvată în favoarea nici uneia dintre părŃi.

Singura soluŃie este acceptarea de către sistemul viu a unei anumite toleranŃe atât în privinŃa constanŃei parametrilor proprii, care devine relativă, cât şi în privinŃa schimburilor, care devin selective. Or, tocmai limitele acestei toleranŃe exprimă nivelul entropiei sistemului viu: cu cât distanŃa dintre ele este mai redusă, cu atât nivelul entropiei este mai coborât. Faptul că o anume toleranŃă este obligatorie denotă că şi reducerea nivelului entropiei sub o anumită limită este dăunătoare sistemului viu. MenŃinerea toleranŃei între limite relativ apropiate, deci, păstrarea entropiei la un nivel redus, dar nu oricât de redus, implică necesitatea existenŃei unor modalităŃi de corectare a abaterilor inevitabile. În timp ce caracterul necesar al corectării izvorăşte din calitatea de sistem antientropic a organismului, inevitabilitatea abaterilor izvorăşte din calitatea de sistem deschis a acestuia, ambele calităŃi, aflate într-o vădită contradicŃie, condiŃionând în mod egal calitatea acestuia de a fi viu. Aceste modalităŃi de realizare şi menŃinere a constanŃei, în condiŃiile realizării unor permanente schimburi cu ambientul, sunt reprezentate de procesele integratoare ce cad în sarcina sistemului neuroendocrin.

Integrarea ca proces are la bază principiul universal al reflectării. La rândul ei, reflectarea în lumea obiectivă cunoaşte un continuu proces de devenire în cadrul căruia se pot distinge trei momente esenŃiale. Primul este acela al trecerii ei de la forma pasivă la forma activă, specifică lumii vii. Al doilea este momentul în care reflectarea activă devine şi conştientă, ceea ce conferă sistemului viu o nouă dimensiune – cea psihologică. În fine, al treilea

10

este momentul în care reflectarea activă şi conştientă devine şi raŃională, prin aceasta sistemul viu dobândind alte două dimensiuni: cea socială şi cea culturală. Ca proces, reflectarea presupune o sumă de relaŃii între un reflectant şi un reflectat.

Întrucât reflectantul este reprezentat de sistemul viu, procesul de devenire a reflectării este, în fapt, un rezultat al evoluŃiei organismului. Din acest motiv, celor trei momente enumerate mai sus le corespund anumite stadii evolutive ale sistemului viu. Reflectarea este doar activă la toate plantele şi la animalele al căror sistem neuroendocrin este, comparativ cu cel al animalelor superioare, mai puŃin dezvoltat. Aceste organisme deŃin o singură dimensiune – cea biologică. În dezvoltarea lui ulterioară sistemul neuroendocrin atinge acel nivel de dezvoltare de la care reflectarea devine şi conştientă, iar organismul dobândeşte şi dimensiunea psihologică. La om, dezvoltarea sistemului neuroendocrin este în măsură să asigure o reflectare nu numai activă şi conştientă, ci şi raŃională, fiinŃa umană devenind cvadridimensională: bio-psiho-socio-culturală. Aflată la capătul unui lung proces evolutiv, al cărui punct de pornire s-a aflat în lumea nevoie, fiinŃa umană poate fi considerată ca reprezentând acel nivel de evoluŃie al Naturii de la care aceasta devine nu numai conştientă, ci şi responsabilă de propria ei existenŃă şi devenire.

Bazată pe formele cunoscute ale reflectării, integrarea fiinŃei umane ca procesualitate se dezvoltă şi în plan ontologic într-o manieră similară. Cele patru dimensiuni sunt date prin naştere doar ca premise, dezvoltarea lor ulterioară implicând integrarea progresivă prin mecanisme neuroendocrine în cele patru sfere ale existenŃei şi devenirii – biologică, psihologică, socială şi culturală –, integrare bazată pe învăŃarea mijlocită şi nemijlocită şi pe memorie. Capacitatea sistemului neuroendocrin de a achiziŃiona şi stoca informaŃia face posibilă integrarea simultană în trei segmente temporale – prezent, trecut şi viitor –, ea fiind atât retroactivă – prin învăŃarea mijlocită şi – constatativă – prin învăŃare nemijlocită –, cât şi anticipativă – prin intuiŃie creatoare. Integrarea în cele patru sfere ale existenŃei şi devenirii, concomitent în cele trei segmente temporale, având atributul de a fi raŃională ea este şi critică. Prin integrare fiinŃa umană nu se conformează ad-literam unei lumi date, ci ea se raportează acesteia şi şi-o raportează sieşi încât integrarea devine un proces complex şi cu dublu sens: dinspre fiinŃă spre lume şi dinspre lume spre fiinŃă. Lumea nu este numai un cadru în care fiinŃa trebuie acceptată, ci şi un obiect de acceptare pentru aceasta. Acceptarea presupune, însă, criterii, iar criteriile – judecăŃi de valoare. Încât, fiinŃa umană nu are doar determinare istorică, ci şi autodeterminare. Ea se pune în acord cu lumea numai în măsura în care aceasta se dovedeşte conformă principiilor şi idealurilor specific umane, în caz contrar fiinŃa umană purcede la schimbarea lumii în sensul umanizării ei. Încât, fiinŃa umană se dovedeşte a fi nu numai produsul, ci şi creatorul lumii. Trăind şi evoluând într-o lume pe care, în mare măsură, singur a modelat-o, omul devine, în fapt, produsul propriei sale creaŃii. De aici şi imensa responsabilitate ce o incumbă integrarea raŃională a fiinŃei umane.

11

SECłIUNEA I

ORGANISMUL ŞI CELULA

I. ORGANISMUL UMAN CA SISTEM TERMODINAMIC I. 1. Conceptul de sistem

Sistemul reprezintă o totalitate de părŃi ce coexistă în baza unor raporturi de intercondiŃionare. Aceste raporturi conferă sistemului calitatea de întreg, de entitate distinctă prin însuşirile şi funcŃiile sale. Fiind rezultatul unei asocieri integrative (şi nu sumative), însuşirile sistemului sunt ireductibile la suma însuşirilor părŃilor componente; plusul calitativ astfel dobândit dă conŃinut integralităŃii sistemului.

Raportat la realitatea pe care o defineşte, sistemul nu este decât o creaŃie teoretică simplificatoare rezultată din sinteza celor mai semnifi-cative cunoştinŃe parŃiale obŃinute prin analiza acelei realităŃi. În acest context sistemul nu este decât un model al unei anumite realităŃi creat cu scopul să asigure înŃelegerea corectă atât a ansamblului real şi a părŃilor în cadrul acestuia, cât şi a raporturilor sale cu lumea exterioară.

I. 1.1. Alcătuirea şi structura sistemului Totalitatea părŃilor unui sistem defineşte alcătuirea acestuia, iar

totalitatea relaŃiilor semnificative dintre ele defineşte structura sistemului. Deşi sistemul nu poate exista decât în baza unei anumite alcătuiri, totuşi, existenŃa şi funcŃiile sale sunt determinate, în primul rând, de structură. Primordialitatea structurii în raport cu alcătuirea nu trebuie înŃeleasă, însă, în mod simplist. Întrucât între anumite componente date nu se pot stabili oricâte şi orice fel de relaŃii, structura sistemului devine, la rândul ei, dependentă de calitatea părŃilor. Pentru ca un sistem să treacă la o formă superioară de structurare sunt necesare şi anumite schimbări în însăşi alcătuirea sa, fie prin înlocuirea unora dintre componente, fie prin valorificarea altor însuşiri ale componentelor vechi. Pentru a convinge asupra primordialităŃii structurii în raport cu alcătuirea se aduc, de regulă, exemple din lingvistică unde mai multe cuvinte (sisteme), deşi conŃin aceeaşi alcătuire (aceleaşi litere), au totuşi semnificaŃii (funcŃii) diferite

12

datorită tocmai modului diferit de interrelare (structurare) a părŃilor (literelor) (exemplu: arme, rame, mare). Deşi o asemenea exemplificare este sugestivă, utilă chiar unei analize sumare, ea este nepotrivită, derutantă chiar, atunci când se urmăreşte înŃelegerea în profunzime a valorii raportului structură – alcătuire în determinarea calităŃii sistemului. Dacă, din acelaşi domeniu, se apelează la o propoziŃie sau frază şi nu la cuvânt: „Speram să nu te mai văd; Nu speram să te mai văd”, atunci situaŃia se modifică profund, dovedindu-se ceea ce nu se putea dovedi în primul caz şi anume că schimbarea structurii în baza aceleiaşi alcătuiri determină modificări calitative nu numai la nivelul întregului (sistemului), ci şi la nivelul elementelor componente preexistente cărora schimbarea le pune în valoare alte valenŃe (semnificaŃii) (ceea ce nu era posibil în cazul literelor care nu au decât semnificaŃie grafică). În acest exemplu, aceleaşi cuvinte (speram, văd), inversate ca ordine, primesc alte semnificaŃii (funcŃii).

I. 1.2. Tipuri de sisteme

Din unghiul de privire al celor ce ne interesează aici sistemele pot fi clasificate după trei criterii: a) raporturile cu ambianŃa, b) caracterul evoluŃiei în timp şi c) modul de întreŃinere a funcŃionalităŃii.

După raporturile cu ambianŃa sistemele sunt de trei tipuri: a) sistem izolat care, întrucât nu are frontiere, nu realizează

schimburi; în această situaŃie este Universul; b) sistem închis care schimbă cu exteriorul doar energie, aşa cum

este cazul planetei Terra; asemenea sisteme intră în alcătuirea celui dintâi; c) sistem deschis care schimbă cu ambianŃa, prin frontierele sale, atât

substanŃă şi energie, cât şi informaŃie, aşa cum este cazul organismului viu; asemenea sisteme se integrează în sistemul închis.

După caracterul evoluŃiei în timp sistemele pot fi entropice şi antientropice. Entropia, care se evaluează numai în plan energetic, este o mărime ce caracterizează evoluŃia sistemului şi nu starea lui. Antientropice pot fi numai sistemele deschise, aşa cum sunt organismele vii. Ca sisteme deschise, componente ale sistemului închis (Terra), sistemele antientropice intră în competiŃie pentru resursele comune existente în acel sistem închis. Între cele două tipuri de sisteme – entropice şi antientropice – diferenŃa majoră constă nu în valoarea diferită a entropiei, ci în valoarea diferită a vitezei de creştere a entropiei. Sistemele deschise antientropice, obligate la permanente schimburi de substanŃă, energie şi informaŃie, sunt dependente în existenŃa lor de prezenŃa „partenerului” de schimb numit ambient, împreună cu care formează un sistem termodinamic.

13

După modul de întreŃinere în timp a nivelului funcŃionalităŃii proprii sistemele deschise sunt de două tipuri: sisteme cu reglaj şi sisteme cu autoreglaj, acest din urmă tip cuprinzând organismele vii. DiferenŃa esenŃială dintre aceste două tipuri de sisteme constă în modul de corectare a abaterilor, inerente funcŃionării oricărui sistem. Sistemele cu autoreglaj (organismele vii) se caracterizează prin existenŃa unor mecanisme bazate pe conexiunea inversă (feed-back) care permite corectarea comenzilor, sau şi a intrărilor, pe baza valorii şi semnificaŃiei răspunsurilor (ieşirilor). Pentru organismele vii evoluate autoreglajul devine mai complex prin apariŃia posibilităŃii de anticipare a răspunsului (feed-before).

I. 2. Organismul viu ca sistem termodinamic

Ca sistem deschis, obligat la permanente schimburi materiale, energetice şi informaŃionale, organismul viu nu poate exista decât în contact nemijlocit cu o parte a mediului înconjurător numită ambient, mediu intim sau mediu extern. Împreună cu acesta organismul viu formează o unitate nouă, de tip special numită sistem termodinamic organism-mediu. În acest sistem coexistă două tipuri de structuri: aceea a organismului viu ca sistem deschis antientropic, cu evoluŃie rapidă şi aceea a ambientului ca sistem deschis entropic, numită şi rezervor, cu evoluŃie lentă. ExistenŃa celor două tipuri de evoluŃie face ca, atunci când rezervorul se află într-o anumită stare, componenta cu evoluŃie rapidă să treacă printr-o succesiune de stări. Dacă timpii de evoluŃie a celor două componente devin comparabili, prin scăderea dinamicii sistemului viu, atunci sistemul termodinamic se distruge prin identificarea celor două structuri (moartea organismului).

În cadrul sistemului termodinamic organism-mediu cele două structuri se diferenŃiază şi prin valorile diferite ale entropiei. Organismul viu îşi menŃine viteza de creştere a entropiei la un nivel redus cheltuind în acest scop o parte importantă din energia de care dispune. La nivelul ambientului, deşi viteza de creştere a entropiei se situează la valori mai ridicate, ea nu este atât de mare ca aceea a sistemelor pur fizice întrucât, în alcătuirea mediului extern organismului, componenta biotică (celelalte vieŃuitoare) deŃine o pondere superioară componentei abiotice (apă, aer, sol etc.).

Ca sistem antientropic organismul viu nu tinde spre o valoare maximă posibilă a ordinii sale interioare (entropie minimă), ci spre o valoare optimă a acesteia, un anumit grad de dezordine fiind esenŃial pentru existenŃa şi, mai cu seamă, pentru devenirea sa. Oricare organism viu

14

include în el două tendinŃe contrarii: a) de a rămâne mereu ceea ce a fost (conservatorism bazat pe mecanismele eredităŃii) şi b) de a deveni mereu altceva (variabilitate bazată pe mecanismele adaptării). Exagerarea pe durate mari a oricărei tendinŃe, în detrimentul celeilalte, duce la dispariŃia sistemului viu. O valoare prea redusă a entropiei duce la accentuarea conservatorismului şi la moartea organismului prin imposibilitatea adaptării la noi condiŃii de mediu, iar o valoare prea ridicată la accentuarea variabilităŃii şi la dispariŃia speciei prin dispersare adaptativă. Încât, nivelul optim al entropiei, prin care se exprimă gradul adecvat de deschidere a sistemului viu spre ambianŃa proprie, nu reprezintă o constantă pentru organismele vii, ci o mărime variabilă în funcŃie de specia, sexul şi vârsta organismului individual.

Una dintre condiŃiile elementare ale existenŃei sistemului este integritatea, lipsa oricăreia dintre componentele specifice făcând imposibilă funcŃionarea lui. Cu toate acestea, importanŃa fiecărei componente în raport cu funcŃionarea sistemului este diferită, creându-se astfel o ierarhie a părŃilor. Componenta aflată pe primul loc este aceea la nivelul căreia se realizează secvenŃa specifică a procesualităŃii ce caracterizează funcŃionarea întregului. Astfel, componenta aflată pe primul loc în cadrul sistemului circulator este capilarul, întrucât funcŃia întregului este aceea de a asigura schimburile celulare. Desigur, sistemul circulator nu poate funcŃiona în absenŃa pompei hemodinamice (inima), a vaselor de legătură (artere şi vene) sau a Ńesutului lichid (sângele) ce vehiculează obiectele schimburilor (substanŃă, energie şi informaŃie). Toate acestea, însă, nu au un scop în sine, ci ele se petrec în vederea asigurării schimburilor celulare la nivelul capilarelor, schimburi ce constituie prima treaptă a metabolismului.

I. 2.1. Integralitatea organismului ca sistem termodinamic Pentru a putea exista sistemul trebuie să deŃină toate componentele

necesare, deci, să aibă integritate. Aceasta este o condiŃie necesară dar nu şi suficientă funcŃionării sale. Se impune ca părŃile componente să interreleze în mod coerent, conferind astfel sistemului o anumită structură. Această interrelare presupune la rândul ei, o anumită maleabilitate în raport cu circumstanŃele, interne sau / şi externe, o permanentă adecvare la condiŃiile date. Procesul prin care se realizează concertarea părŃilor, astfel încât sistemul să funcŃioneze adecvat condiŃiilor concrete fără pierderea identităŃii proprii, poartă denumirea de integrare. Ea se realizează în baza unor mecanisme specifice. Ca urmare a integrării, din care rezultă un anume tip de structură coerentă, specifică întregului, sistemul dobândeşte un plus calitativ ce nu se regăseşte la nivelul nici uneia dintre părŃi.

15

Ansamblul însuşirilor sistemului ce nu poate fi redus la suma însuşirilor părŃilor poartă denumirea de integralitate.

I. 2.2. Integrarea sistemului viu Integrarea este procesul complex prin care sistemul viu îşi menŃine

entropia1 la un nivel optim în circumstanŃe diferite, dar compatibile cu viaŃa. În ultima analiză, integrarea este rezultatul interrelării în plan funcŃional a părŃilor (celule) ce compun sistemul şi care se poate realiza atât direct, ca formă elementară, cât şi prin intermediul unor mecanisme specializate (mecanisme de integrare), ca formă superioară. Interrelarea este posibilă numai întrucât şi părŃile componente (celulele) sunt, la rândul lor, sisteme deschise, ca şi organismul, dar de ordin ierarhic inferior. Numai în măsura în care funcŃionarea unei părŃi (celulă) produce modificări în ambianŃa ei intimă, celelalte componente fiind sensibile la asemenea modificări, reciproca fiind în egală măsură valabilă, numai în această măsură este posibilă interrelarea funcŃională şi, pe această bază, integrarea în plan intern a organismului.

Cum, însă, oricare componentă a organismului are la bază metabolismul, care implică şi schimburi cu ambianŃa intimă, în urma cărora aceasta îşi modifică însuşirile fizico-chimice, interrelarea părŃilor (celule) şi, deci, integrarea sistemului, devine funcŃie de capacitatea acestora de a sesiza modificările şi de a reacŃiona în mod specific faŃă de acestea. Aceeaşi problemă se pune şi în legătură cu modificările apărute în mediul exterior organismului în raport cu care se realizează integrarea în plan extern. Încât se poate afirma că la baza integrării, directe sau mijlocite, se află un anumit proces de reflectare a schimbărilor din ambient.

I. 2.2.1. Reflectarea ca proces universal

În ansamblul ei, lumea este formată din „corpuri” aflate în interacŃiune. InteracŃiunii universale i se datorează nu numai existenŃa, ci şi devenirea lumii întrucât consecinŃele majore ale acesteia sunt: a) reflectarea corpurilor unele în altele şi b) structurarea prin stabilirea unor relaŃii coerente (legice) între ele.

În raport cu tipul şi calitatea corpurilor implicate interacŃiunile au grade diferite de complexitate şi, ca urmare, atât reflectarea cât şi structurarea se vor situa la niveluri valorice diferite.

_____________ 1 Utilizarea acestui termen se va face, pe tot parcursul lucrării, cu

înŃelesul de „măsură a dezordinii”.

16

În lumea nevie, deşi complexitatea interacŃiunilor este foarte diferită, toate formele de reflectare, independent de nivelul valoric atins, au două trăsături comune: sunt pasive şi standardizate; pasive, întrucât reflectantul nu consumă energie proprie şi standardizate, întrucât, în aceleaşi circumstanŃe reflectarea este reproductibilă. Este cazul unei bucăŃi de fier care reflectă prezenŃa oxigenului prin formarea oxidului într-o cantitate ce nu se modifică dacă, de fiecare dată, circumstanŃele rămân neschimbate.

În lumea vie, în general, reflectarea, în toate formele ei concrete, este activă şi nestandardizată: activă, întrucât reflectantul (sistemul viu) cheltuieşte energie proprie pentru realizarea procesului de reflectare şi nestandardizată, întrucât, în aceleaşi circumstanŃe reflectarea este variabilă în funcŃie de starea de moment a reflectantului. Astfel, un stimul de intensitate dată va fi reflectat activ de o celulă numai atunci când membrana ei deŃine un potenŃial electric de repaus de o anumită valoare; când potenŃialul este mai ridicat (hiperpolarizare) sau nul (depolarizare) acelaşi stimul nu va mai fi reflectat, el dovedindu-se neadecvat, respectiv inoperant. În cursul evoluŃiei organismele se complexifică apărând formele pluricelulare. Creşterea în acest mod a numărului de celule generează două consecinŃe negative în planul integrării: i) cea mai mare parte dintre celulele organismului pierd contactul nemijlocit cu mediul extern, acesta fiind posibil numai pentru cele dispuse la periferie şi ii) fiecare celulă poate interacŃiona cu un număr foarte limitat de alte celule şi anume, doar cu cele din imediata vecinătate. Reflectarea nemijlocită nu mai este suficientă nici integrării externe a sistemului în întregul său, nici celei interne, a părŃilor componente în cadrul întregului. Astfel apare reflectarea mijlocită de formaŃiuni celulare specializate şi integrarea prin mecanisme neuro-endocrine, pe lângă cea anterioară, nemijlocită şi acum insuficientă pentru organism, dar nu ineficientă. Când sistemul integrator neuroendocrin atinge un anume nivel de dezvoltare – fără a putea preciza care este acest moment – reflectarea activă şi nestandardizată devine şi anticipativă, bazată pe conştienŃă. Din acest moment integrarea organismului în mediul extern se va realiza nu numai în baza principiului feed-back, adică prin încercare (acŃiune) – eroare – reuşită, ci şi în baza principiului feed-before (de anticipare), adică prin cunoaştere – acŃiune – reuşită. Pasul următor – fără a putea preciza în ce constă – este acela în urma căruia reflectarea activă şi conştientă devine şi raŃională, bazată pe conştiinŃă, modalitate specific umană ce aduce, pe lângă imense avantaje în planul integrării şi marele

17

dezavantaj că aceasta poate fi şi subiectivă, în sensul negativ al acestui termen. Fără pretenŃia de a oferi definiŃii, ne îngăduim o precizare în legătură cu distincŃia ce trebuie făcută între conştienŃă şi conştiinŃă. Deşi atât conştienŃa, cât şi conştiinŃa sunt forme superioare de reflectare a lumii, conŃinutul lor calitativ este net diferit. Lumea ce urmează a fi reflectată deŃine, ca sistem, o anumită alcătuire, reprezentată de părŃile ce o compun şi o anumită structură, reprezentată de totalitatea relaŃiilor semnificative dintre acestea. În timp ce conştienŃa este rezultatul reflectării alcătuirii şi a raporturilor spaŃio-temporale în cadrul acesteia, conştiinŃa trebuie considerată ca rezultat al reflectării structurii lumii, reflectare mijlocită de limbajul raŃional, în condiŃiile în care reflectantul este integrat acestei structuri.

I. 2.2.2. ModalităŃi de integrare

Apărute succesiv în evoluŃie cele patru modalităŃi de integrare: a) umorală, b) hormonală (endocrină), c) neurală şi d) psihică coexistă la nivelul organismului uman.

Modalitatea umorală este omniprezentă, nespecifică şi nemijlocită. Integrarea de acest tip se face în funcŃie de factorii fizico-chimici din lichidul interstiŃial (ambianŃa intimă a celulelor) care au implicaŃii directe în existenŃa celulelor: temperatură, osmolaritate, concentraŃia O2, CO2, a glucozei, cataboliŃilor etc. Ca mediu intim de viaŃă, comun mai multor celule, lichidul interstiŃial suferă modificări cantitativ-calitative permanente ca urmare a metabolismului. Dacă o celulă anume dintr-un Ńesut îşi intensifică metabolismul, schimburile realizate de ea sporesc pe măsură şi, ca urmare, lichidul interstiŃial din jurul ei va deveni mai sărac în substanŃe nutritive şi O2 şi mai bogat în substanŃe reziduale şi CO2. Dar nu numai metabolismul poate genera modificări ale ambianŃei intime. Dacă o celulă excitabilă este stimulată, în timpul realizării potenŃialului de acŃiune au loc importante modificări ale concentraŃiilor ionice în faza lichidă ce o înconjoară ca urmare a influxului de Na+ şi Ca2+ şi a efluxului de K+. Toate aceste modificări cantitativ-calitative ale ambianŃei intime comune vor fi reflectate de celulele din jur prin modificări în consecinŃă ale schimburilor proprii, metabolismului în general sau /şi ale excitabilităŃii. Asemenea modificări produse de o celulă anumită nu se resimt, însă, decât pe o rază mică în jurul acesteia (1-3µ), datorită vitezelor de difuzie în general reduse ale particulelor în lichidul interstiŃial. Aceste viteze sunt, pentru aceleaşi valori ale gradienŃilor (electro) chimici, invers proporŃionale cu dimensiunile particulelor, cea mai mobilă particulă fiind ionul H+. Întrucât readucerea la valori normale a parametrilor fizico-chimici ai lichidului

18

interstiŃial cade în sarcina irigaŃiei sanguine, se înŃelege că tocmai aceste viteze de difuzie reduse determină şi densitatea mare a capilarelor la nivelul oricărui Ńesut.

Modalitatea endocrină este o formă superioară a integrării, în primul rând, prin înalta ei specificitate. Ea este mijlocită de substanŃe active, purtătoare de mesaje (hormoni), sintetizate de anumite formaŃiuni celulare şi eliberate, la nevoie, în sânge. Această modalitate de integrare este organizată pe principiul telecomunicaŃiei: un emiŃător (formaŃiunea endocrină) de mesaje (hormonii), un purtător de mesaje (sângele) şi un receptor al mesajelor (situşii receptori la nivelul celulelor) cu decodificator propriu (eliberarea mesagerului de ord. II) (fig.1).

Fig.1

Modalitate endocrină de integrare

Astfel se poate înŃelege că specificitatea integrării endocrine depinde nu numai de tipul mesagerului, ci şi de calitatea receptor-decodificatorului. Integrarea prin această modalitate este relativ lentă întrucât mesajele (hormonii) sunt purtate de sânge, a cărui viteză de deplasare în vase este relativ mică (aproximativ 0,5 m /sec.). Reducerea acestui consum de timp se realizează, pentru anumite cazuri, prin: a) scurtarea circuitului vascular sub forma sistemului

19

portal, aşa cum se întâmplă între nucleii secretori din hipotalamus şi adenohipofiză, precum şi între pancreasul endocrin şi ficat (fig. 2); b) declanşarea eliberării hormonului din glandă sub comandă nervoasă, mult mai rapidă, aşa cum este cazul medulosuprarenalei şi c) declanşarea eliberării hormonului sub acŃiunea directă a variaŃiei parametrului ce urmează a fi reglat, cum este cazul paratiroidelor (subliniem că oricare altă glandă endocrină eliberează hormoni şi în acest mod, pe lângă eliberarea sub acŃiunea stimulinelor specifice, dar la paratiroide acest mecanism autonom este exclusiv).

Fig. 2

Sistemul portal ca modalitate de reducere a consumului de timp în integrarea endocrină.

SA –sânge arterial; SV- sânge venos; TC – teritorii capilare Modalitatea neurală de integrare, formă evoluată bazată pe

acelaşi principiu al telecomunicaŃiei, aduce două avantaje majore comparativ cu cea endocrină. În primul rând, o viteză imens mai mare de circulaŃie a informaŃiilor şi comenzilor pe căile purtătoare (peste 150 m /sec.), ceea ce are drept consecinŃă o creştere a promptitudinii răspunsului. În al doilea rând, bazându-se pe semnale fizice (variaŃii ale potenŃialelor electrice), discrete şi uşor cuantificabile, semnalele pot dobândi o gamă mult mai largă de semnificaŃii fiziologice (prin variate modalităŃi de asociere a semnalelor, întocmai precum literele în cuvinte), iar integrarea un imens spor calitativ prin evitarea standardizării răspunsurilor (acestea fiind în mult mai mare măsură dependente de starea de moment a sistemului, decât de specificul

20

stimulilor ce le-au declanşat). Această nouă şi superioară modalitate de integrare a apărut, desigur, într-o formă iniŃială primitivă, apanaj al organizării difuze, necentralizate a primilor neuroni. De la acest stadiu şi până la om întreaga evoluŃie a lumii animale a însemnat, în fond şi în primul rând, evoluŃia sistemului nervos. Este esenŃial eronată concepŃia potrivit căreia evoluŃia sistemului viu ar avea loc „în masă”, în mod uniform şi concomitent pentru toate părŃile sale componente.

Apărută pe fondul celei endocrine, modalitatea neurală de integrare nu s-a substituit acesteia, ci şi-a internalizat-o asigurându-i un nou ritm, al propriei deveniri. Ea a preluat de la cea dintâi şi a dezvoltat limbajul chimic pe care îl utilizează, desigur, la nivel superior, atât în comunicarea neuro-neuronală, cât şi în cea neuro-efectorie (neurotransmiŃătorii, neuromodulatorii şi chiar hormonii produşi şi eliberaŃi de noile formaŃiuni – neuronii). Încât modalitatea neurală de integrare este, în realitate, una neuro-endocrină (oricum, neuro-chimică). Mai mult, elementele componente ale mecanismelor neurale (neuronii) suportă la rândul lor, ca şi alte celule, influenŃele generale ale hormonilor. Astfel, între cele două modalităŃi de integrare se stabilesc raporturi de intercondiŃionare, suficient de pregnante pentru a constitui o nouă structură a unui sistem unitar – sistemul neuroendocrin.

Modalitatea psihică de integrare specifică omului (şi animalele deŃin o asemenea modalitate dar calitativ inferioară), operând cu alte mijloace, dar bazate pe cele neuroendocrine, va face obiectul unui alt paragraf, întrucât înŃelegerea ei presupune şi alte cunoştinŃe ce se vor dobândi pe parcurs.

21

II. CELULA CA SISTEM TERMODINAMIC

II. 1. Organizarea funcŃională a celulei

Celula, împreună cu ambientul ei, constituie cel mai simplu sistem termodinamic la nivelul căruia se desfăşoară viaŃa. În ultimă şi succintă analiză, viaŃa înseamnă existenŃă şi devenire. ExistenŃa şi devenirea nu sunt însă procese separate care să se realizeze prin structuri diferite, ci două laturi ale aceluiaşi proces unitar – viaŃa – la desfăşurarea căruia contribuie, în măsură diferită, toate componentele celulei.

II. 1.1. Celula ca sistem deschis

În această calitate celula realizează cu ambianŃa intimă (lichidul interstiŃial) schimburi de substanŃă, energie şi informaŃie (fig.3).

Fig. 3

Celula ca sistem termodinamic. SN – substanŃe necesare; SR – substanŃe reziduale; Ei – energia la intrare; E0 – energia la ieşire; Ii – informaŃia la intrare; I0 – informaŃia la ieşire; CSA – jumătatea arterială a capilarului sanguin; CSV – jumătatea venoasă a capilarului sanguine

SubstanŃa intrată în celulă este supusă unor transformări chimice

(biochimice) cu participarea enzimelor care, la rigoare, sunt de două tipuri:

22

de combinare, când substanŃe mai simple se leagă între ele, cu consum de energie, generând substanŃe mai complexe, proces numit anabolism şi de descompunere, când substanŃe complexe sunt desfăcute în substanŃe mai simple, cu eliberare de energie, proces numit catabolism. Deşi anabolismul şi catabolismul sunt procese antagonice, ele sunt, în acelaşi timp, unitare, condiŃionându-se reciproc. În mod similar energia şi informaŃia de la intrare sunt supuse unor transformări specifice la nivel celular. În urma proceselor de transformare internă suportate de substanŃa, energia şi informaŃia de la intrare rezultă, în spaŃiul celular, noi tipuri şi forme de substanŃă, energie şi informaŃie care vor avea o dublă destinaŃie: pentru utilizare intracelulară ca elemente constitutive şi funcŃionale şi pentru eliminare din celulă (ieşiri) ca elemente utile altor celule (exemplu: secreŃiile de hormoni, enzime, mediatori, modulatori etc.) şi ca substanŃe toxice (reziduuri metabolice: NH3, uree, CO2). Totalitatea proceselor de schimb cu ambianŃa (intrări-ieşiri) şi a transformărilor interne (anabolice şi catabolice) constituie metabolismul.

Prin urmare, metabolismul nu este o însuşire a celulei, ci însuşi modul ei de a exista într-o ambianŃă determinată: metabolismul este condiŃia sistemului viu – ca sistem termodinamic. Abia de la acest nivel şi pe această bază se pot manifesta însuşirile celulei: excitabilitatea, conductibilitatea, contractilitatea, secreŃia etc.

Ca totalitate de procese corelate, metabolismul celulei se poate desfăşura, în raport cu circumstanŃele, la intensităŃi diferite cuprinse între o valoare minimă admisibilă (bazală) şi una maximă posibilă. Oricare celulă integrată unui organism pluricelular are de îndeplinit şi sarcini în folosul întregului, pe lângă cele pentru sine. Aceasta impune ca întregul să poată interveni în reglarea intensităŃii metabolismului fiecărei celule.

II. 1.2. Reglarea metabolismului celular

Prin realizarea schimburilor celula induce modificări cantitativ-calitative în ambianŃa sa intimă (lichidul interstiŃial), concentraŃia substanŃelor necesare la intrare reducându-se progresiv, concomitent cu sporirea concentraŃiei substanŃelor rezultate la ieşire. Refacerea compoziŃiei la nivelul interstiŃiului cade în sarcina capilarului care va asigura, prin mecanisme proprii de transport, trecerea din sânge a substanŃelor necesare şi spre sânge a celor rezultate, astfel încât ambianŃa intimă a celulei să se menŃină cvasiconstantă (homeostazia mediului intern).

Întrucât metabolismul celular cuprinde atât schimburile, cât şi transformările interne, intensificarea sa va implica sporirea valorică a

23

ambelor procese. Pentru intensificarea schimburilor trebuie să sporească, în primul rând, cantitatea de substanŃă necesară la intrare. Aceasta, însă, nu se poate realiza prin sporirea concentraŃiei acestor substanŃe în sânge decât în foarte mică măsură şi anume, în limitele de variaŃie admise de homeostazia organismului. De aceea, singura modalitate de sporire a intrărilor rămâne creşterea fluxului sanguin prin capilar realizată prin vasodilataŃie şi prin creşterea debitului cardiac. (Debitul cardiac = frecvenŃa cardiacă × volumul sistolic) (fig. 4).

Întrucât cantitatea totală de sânge este cvasiconstantă în organism

(aproximativ 8% din greutatea corpului), creşterea fluxului capilar prin vasodilataŃie în teritoriul de activitate maximă se însoŃeşte de vasoconstricŃie în alte teritorii. Se asigură astfel o permanentă redistribuŃie a sângelui între diversele sectoare ale organismului în funcŃie de necesităŃile momentului. Din acest motiv metabolismul nu poate atinge valori maxime concomitent în două sectoare funcŃionale mari. În timpul unei activităŃi intense la nivelul sistemului locomotor (alergare cu viteză maximă) cea mai mare parte din sângele organismului este distribuită, prin vasodilataŃie, la acest nivel în detrimentul altor sisteme la nivelul cărora se va produce vasoconstricŃie (sistemul digestiv). Sporirea debitului cardiac se realizează prin creşterea frecvenŃei de pulsaŃie a inimii de la valoarea de repaus (75 p/min.), până la valoarea maximă fiziologică (180 p/min), precum şi, în intervale mari de timp, prin creşterea volumului sistolic (de la 75-80 ml. la peste 100 ml.), aşa cum se întâmplă la marii atleŃi în urma mai multor ani de antrenament.

Când schimburile la nivelul capilarelor sunt intensificate prin mecanismele descrise mai sus se ajunge la un moment în care cantitatea de

Fig. 4 Mijloacele reglării metabolismului.

M – Metabolism; MB–metabolism bazal; S – solicitare; T – timp.

24

substanŃe necesare la intrare este superioară capacităŃii de prelucrare a lor în spaŃiul intracelular. Intensificarea acesteia nu este posibilă decât prin creşterea în mod diferenŃiat a vitezelor de reacŃie catabolice şi /sau anabolice. Cum toate aceste reacŃii sunt catalizate de enzime intensificarea transformărilor interne specifice va putea fi realizată numai prin stimularea activităŃii unora dintre acestea şi inhibarea altora. Asemenea modificări ale activităŃii enzimatice cad în sarcina hormonilor.

Reglarea metabolismului celular trebuie înŃeleasă ca o procesualitate continuă şi unitară, separarea în etape şi faze distincte întreprinsă de noi mai sus având doar un scop didactic. IntervenŃia hormonilor nu trebuie considerată o soluŃie de ultimă instanŃă, ea fiind prezentă gradual tot timpul şi la toate nivelurile, inclusiv la capilare. Hormonii intervin tot timpul nu numai în reglarea vitezei de realizare a transformărilor intracelulare, ci şi în realizarea vasomotricităŃii, a schimburilor transcapilare, precum şi în modificarea ritmului cardiac.

II. 1.3. Alcătuirea şi structura celulei

Componentele supramoleculare prin care se asigură realizarea metabolismului şi îndeplinirea funcŃiilor specifice sunt organitele celulare. Totalitatea organitelor unei celule defineşte alcătuirea, iar totalitatea relaŃiilor funcŃionale semnificative stabilite între acestea, în urma cărora rezultă metabolismul şi, pe baza acestuia funcŃiile specifice, defineşte structura celulei. Organitele sunt scăldate de hialoplasmă – soluŃie apoasă coloidominerală aflată în spaŃiul delimitat de membrana periplasmatică. DistincŃia ce o facem între activitatea organitelor desfăşurată doar în scopul asigurării existenŃei celulei şi aceea în scopul realizării funcŃiilor specifice permite gruparea componentelor celulare în organite ce asigură desfăşurarea metabolismului şi organite (aceleaşi sau altele) care asigură îndeplinirea funcŃiilor specifice fiecărei categorii celulare. O astfel de grupare deŃine deci o bază reală şi nu urmăreşte doar un scop didactic. Problema nu trebuie privită însă în mod simplist. În ultimă şi succintă analiză se poate constata că oricare celulă a unui organism pluricelular are o activitate fiziologică pentru sine şi una pentru întregul în care este integrată. Dacă cea dintâi face posibilă existenŃa în sine a celulei, cea de-a doua face posibilă existenŃa sistemului în care ea este cuprinsă. Fără această din urmă activitate celula îşi pierde calitatea de componentă a organismului şi, implicit, raŃiunea de a exista în cadrul acestuia. AdmiŃând că o astfel de

25

celulă ar fi eliminată din organism, viaŃa ei nu ar mai fi posibilă deoarece, cât timp a existat în cadrul organismului, ea a fost nu numai „aservită” intereselor întregului, ci şi „deservită” la rândul ei de restul celulelor din organism şi aceasta nu numai în interesul funcŃionării, ci şi al propriei existenŃe. DistincŃia ce trebuie făcută între activitatea pentru sine şi cea pentru întreg poate fi mai uşor înŃeleasă dacă vom compara celula-organism a unui protozoar cu celula-parte a unui metazoar. În timp ce organitele celei dintâi sunt angajate exclusiv în activităŃi destinate existenŃei proprii, aceleaşi organite ale celei din urmă vor desfăşura în plus şi activităŃi destinate întregului în care este cuprinsă. Pe de altă parte, este de remarcat faptul că integrarea într-un organism pluricelular duce şi la o accentuată diferenŃiere prin specializarea funcŃională a celulelor, un fel de „diviziune socială a muncii” în folosul întregului. De aici decurge o anume îngustare a activităŃii celulei-parte, comparativ cu celula-organism care este obligată să-şi rezolve singură toate problemele existenŃei. Pe de altă parte trebuie reŃinut faptul că activitatea pentru sine este condiŃie esenŃială a activităŃii pentru întreg: înainte de a putea funcŃiona în mod specific, celula trebuie mai întâi să existe biologic, deci, în mod nespecific. Dacă, însă dintr-un motiv oarecare, o celulă ajunge într-o situaŃie limită care îi periclitează existenŃa (starea morbidă), activitatea pentru întreg va fi prima sacrificată, desigur, temporar, întreaga energie internă fiind cheltuită doar în activitatea pentru sine. În această situaŃie, mecanismele integratoare ale organismului vor interveni mobilizând la activitate sporită alte celule nu atât în vederea restabilirii normalităŃii pentru celula în cauză, cât, mai cu seamă, în vederea suplinirii ei în plan funcŃional.

II. 1.3.1. Organitele celulare şi rolurile lor

Întrucât la capitolul destinat neuronului vom insista mai mult asupra acestor probleme, aici ne vom rezuma la prezentarea organitelor şi a rolurilor pe care acestea le îndeplinesc, dintr-o perspectivă general biologică.

Membrana periplasmatică are de îndeplinit numeroase roluri ce derivă, în primul rând, din poziŃia pe care ea o ocupă în cadrul celulei. Departe de a fi o simplă „condensare a citoplasmei”, membrana are o organizare macromoleculară complexă în baza căreia: a) delimitează entitatea vie de mediul ambiant neviu; b) asigură realizarea schimburilor materiale şi energetice în cadrul metabolismului; c) stabileşte relaŃii

26

mecanice, metabolice şi informaŃionale bilaterale cu celelalte celule din organism şi relaŃii informaŃionale unilaterale cu mediul ambiant şi d) contribuie la exprimarea identităŃii celulare în raporturile sale posibile cu alte organisme prevenind astfel „omogenizarea biologică” atât de dăunătoare evoluŃiei.

a) Deşi membrana periplasmatică are o delimitare anatomică netă, limita dintre spaŃiul celular şi lichidul interstiŃial este mai mult o „zonă” decât o „linie” de demarcaŃie. La majoritatea celulelor, membranei propriu-zise îi sunt ataşate, de o parte şi de alta, două formaŃiuni de proteine complexe fibrotubulare cu o organizare ce devine tot mai difuză pe măsura îndepărtării de membrană: citoscheletul, la faŃa internă şi glicocalixul, la cea externă.

Datorită acestor formaŃiuni proteice complexe, produse prin sinteză celulară şi mereu reîmprospătate, porŃiunea de lichid interstiŃial în care se distribuie reŃeaua de glicocalix va avea alte proprietăŃi decât zonele din afara acesteia, după cum şi porŃiunea de citoplasmă în care se distribuie citoscheletul va fi diferită calitativ faŃă de zonele mai profunde (fig. 5).

Astfel, pe o anumită distanŃă lichidul extern este supus

influenŃelor celulei, iar citoplasma influenŃelor mediului extern, încât, trecerea de la viu la neviu este graduală ea implicând o zonă relativ largă din cele două domenii. Desigur, atât glicocalixul, cât şi citoscheletul îndeplinesc şi alte roluri

b) Schimburile material-energetice dintre celulă şi mediul extracelular fac parte integrantă din metabolism, alături de transformările

Fig. 5 Zona de demarcaŃie (ZD) dintre citoplasmă şi lichidul interstiŃial. GCX – glicocalix; MPP – membrana periplasmatică; CSC – citoschelet

27

chimice şi biochimice interne. Transferul transmembranar se realizează, în ambele sensuri (intrări, ieşiri) prin mecanisme atât pasive, în baza difuziunii, cât şi active, în baza unui anume consum de energie matabolică (ATP). Ar fi greşit să considerăm existenŃa celor două mecanisme în corelaŃie directă cu două categorii de substanŃe: pasiv – pentru cele difuzibile şi activ pentru cele nedifuzibile. În fapt, existenŃa lor este determinată de interesele celulei, una şi aceeaşi particulă (ionii Na+, K+, Ca2+, glucoză) putând fi tranzitată atât pasiv, cât şi activ. Ar fi de asemenea eronat să considerăm că mecanismul pasiv, bazat pe legi fizico-chimice, nu poate fi controlat de celulă. Închiderea şi deschiderea canalelor ionice, ca şi trecerea fosfolipidelor membranare de la o textură compactă la una afânată sunt două din modalităŃile prin care se exercită acest control. Transportul activ are două modalităŃi de realizare, celula apelând la unul sau altul dintre ele nu numai în funcŃie de interesele proprii, ci şi de circumstanŃele ambientale. Când interesele o impun şi compoziŃia mediului extern o permite celula transferă substanŃe spre interior apelând la endocitoză (fig. 6) (pinocitoză; pinein = a bea), „înghiŃând” realmente mici picături de lichid extern prin formarea de vezicule la nivelul membranei pe care şi le internalizează utilizându-le conŃinutul. Endocitoza este o modalitate de transfer cu un randament maxim, dar cu o selectivitate minimă.

Când compoziŃia lichidului extern este variabilă şi, în parte, străină intereselor sale, conŃinând şi substanŃe indezirabile, celula foloseşte mecanismul de transfer prin transportori specializaŃi (fig.7).

O particulă transportoare, componentă a membranei, leagă stereospecific molecula de transportat pe care o deplasează la cealaltă faŃă a membranei unde o eliberează, reluând ciclul. Formarea complexului transportor – moleculă şi desfacerea lui sunt procese catalizate de enzime

Fig. 6 Transferul activ prin endocitoză: patru faze succesive (1-4) în formarea veziculelor

28

specifice situate la faŃa externă, respectiv internă a membranei. Datorită stereospecificităŃii legăturii dintre transportor şi particula de transportat această modalitate este de înaltă selectivitate, dar de randament scăzut.

c) Integrarea necesară oricărui sistem viu are aspecte particulare la

organismul pluricelular. Dispusă la periferia celulei, membranei periplasmatice îi revin roluri multiple în acest sens. Ea asigură, în primul rând, adeziunea dintre celule vecine în cadrul Ńesutului prin intermediul desmozomilor (fig. 8).

Desmozomii sunt îngroşări alungite ale membranei care proemină la

exterior spre altele similare ale celulei vecine. Ele se leagă prin proteinele existente la acest nivel în cantitate mai mare, unele dintre acestea prelungindu-se în spaŃiile celulare creând aparenŃa unei continuităŃi de la o celulă la alta. O altă modalitate de legare a celulelor vecine este cea prin

Fig. 7 Transferul activ prin transportor. M – molecula de transport; T – transportorul; MPP – membrana periplasmatică; E1,2 – enzime

Fig. 8 JoncŃiuni intercelulare. A – desmozomi; B – punŃi citoplasmatice (PC)

29

joncŃiuni cu punŃi citoplasmatice prin care se asigură o comunicare directă a citoplasmei celor două formaŃiuni. În acest mod, cele două celule formează o entitate asociativă supracelulară cu funcŃii unitare, joncŃiunea asigurând o integrare nu numai mecanică, ci şi funcŃională.

În plan informaŃional celulele organismului trebuie să comunice între ele la distanŃă mai mică (direct prin lichidul interstiŃial) sau mai mare (prin sânge şi lichidul interstiŃial) prin intermediul unor mesageri chimici eliberaŃi la exterior, punându-şi astfel în acord nivelul metabolismului cu starea funcŃională. Această necesitate de comunicare presupune existenŃa la nivelul celulelor atât a capacităŃii de a sintetiza şi elibera mesageri chimici proprii, cât şi a celei de a-i recepta pe ai altora (chiar şi a celor proprii, în unele cazuri). Cercetările din ultima vreme au condus la rezultate ce întăresc tot mai mult convingerea că toate celulele organismului (cu foarte puŃine excepŃii) sunt capabile să sintetizeze şi să elibereze în lichidul interstiŃial substanŃe cu rol de mesageri intercelulari. De asemenea, toate celulele au capacitatea de a-şi produce receptori pentru mesageri pe care îi plasează la faŃa externă a membranei. Legarea stereospecifică a mesagerului de receptorul membranar determină modificări metabolice şi funcŃionale specifice la nivelul celulelor Ńintă. Un asemenea mijloc de comunicare poate fi considerat ca un microsistem integrator cu efecte pe spaŃii restrânse în cadrul aceluiaşi Ńesut. Pentru o acordare metabolică şi funcŃională la nivelul întregului organism, unele Ńesuturi se specializează în producerea de mesageri chimici (hormoni) care, eliberaŃi în sânge, vor fi transportaŃi cu acesta până la organele şi Ńesuturile Ńintă. Din acest motiv, celulele poartă pe membrana lor receptori specifici pentru acei hormoni al căror rol integrator general este dovedit prin modificările metabolice şi funcŃionale produse la nivelul Ńesuturilor şi organelor. În fine, anumite celule sunt specializate pentru captarea variaŃiilor factorilor fizico-chimici din mediul extern. Aceste celule intră în alcătuirea segmentelor periferice ale analizatorilor. Ele se caracterizează prin existenŃa la nivelul membranelor proprii a unor adaptări anatomice şi structurale capabile să asigure conversia energiilor fizică şi chimică în semnale electrice specifice (potenŃiale de acŃiune).

d) CondiŃia minimă a evoluŃiei este variabilitatea individuală. Dacă toŃi indivizii unei populaŃii (specii) vor fi identici sub raportul însuşirilor lor evoluŃia ar înceta deoarece selecŃia naturală nu ar mai avea obiect. Una dintre posibilităŃile de producere a omogenizării indivizilor ar fi aceea a imixtiunii celulare de la un organism la altul. Pentru ca imixtiunea să nu fie posibilă, celulele fiecărui organism sunt „marcate prin semne distinctive” astfel încât ele să fie recunoscute ca străine în cazul pătrunderii lor într-un

30

alt organism. Pe suprafaŃa externă a membranelor lor toate celulele poartă anumite complexe proteice cu rol de „carte de identitate”, numite antigene. În cazul pătrunderii într-un alt organism o astfel de celulă este recunoscută de sistemul imunitar al acestuia ca fiind un „non self” şi tratată în consecinŃă. Fiecare individ deŃine pe membranele celulelor proprii seturi de astfel de antigeni a căror specificitate pare că nu rezidă atât în natura lor chimică, cât în organizarea lor spaŃială (sterică). Din acest punct de vedere antigenii pot fi asemănaŃi cu receptorii pentru neurotransmiŃători, hormoni şi neuromodulatori, cu atât mai mult cu cât şi modul lor de comportare biochimică este similar acestora. Desigur, antigenii membranari nu folosesc organismului purtător, ci numai organismului în care s-ar produce imixtiunea celulelor (sau fragmentelor acestora) aparŃinând celui dintâi.

Reticulul endoplasmatic (fig.9) este un ansamblu de microtuburi cu diametrul de aproximativ 600 Aº ai căror pereŃi sunt formaŃi de endomembrane cu organizare similară membranei periplasmatice cu care, de altfel, se şi continuă.

Din loc în loc, microtuburile dau naştere la dilataŃii sau formează

mici vezicule independente. Dacă matricea endomembranelor este tot fosfolipidică, tipul biochimic al fosfolipidelor, ca şi al proteinelor sunt total diferite de cele din membrana periplasmatică. Majoritatea proteinelor sunt proteine transportor şi enzime. Rolurile majore ale reticulului sunt două: i) distribuŃia uniformă a substanŃelor ce constituie intrările celulare în toată

Fig. 9 Reticulul endoplasmatic. LI – lichid interstiŃial; MPP – membrana periplasmatică: V – formaŃiune veziculară; O – ieşiri din citoplasmă în reticul; I – intrări din reticul în citoplasmă; N – nucleu.

31

masa citoplasmei, respectiv eliminarea uniformă a substanŃelor ce constituie ieşirile din toată citoplasma şi ii) mărirea suprafeŃei de schimb, în ambele sensuri, între citoplasmă şi mediul ambiant (lichidul interstiŃial) care circulă prin microtuburi.

i) În citoplasma propriu-zisă, ca şi în lichidul interstiŃial, deplasarea dintr-un punct în altul a substanŃei nu se poate realiza decât prin difuziune, în baza unor gradienŃi (electro) chimici. Cum însă, viteza de difuzie este o mărime ce scade proporŃional cu reducerea gradientului, şi ea stă în raport de inversă proporŃionalitate cu mărimea particulei, absenŃa reticulului ar implica un mare consum de timp pentru difuzia, mai cu seamă, a macromoleculelor de la membrană până la punctul de utilizare.

ii) Pe de altă parte, reticulul endoplasmatic oferă o mult mai mare suprafaŃă pentru schimburile celulare decât membrana periplasmatică, punându-le, astfel, în acord cu intensitatea transformărilor interne. De asemenea, suprafaŃa mare a reticulului, ca şi distribuŃia sa în toată masa citoplasmei oferă un sediu potrivit pentru fixarea enzimelor ce catalizează sintezele, în special, lipidice şi glucidice.

Ribozomii sunt formaŃiuni corpusculare (pline) cu un bogat conŃinut de RNA şi proteine. Rolul lor este acela de a asigura formarea legăturilor peptidice în cadrul sintezei proteice, legând între ei aminoacizi în ordinea dictată de RNAm (mesager), trimis în citoplasmă de nucleul celular. Cu cât celulei i se solicită (funcŃie pentru întreg) o sinteză proteică mai intensă, cu atât mai mare va fi numărul ribozomilor. Creşterea randamentului sintezei doar pe baza creşterii numărului de ribozomi este limitată, la un moment dat, de consumul mare de timp necesar materiei prime (aminoacizilor) pentru a difuza de la faŃa citoplasmatică a reticulului până la ribozomi. În consecinŃă, anularea acestei pierderi de timp se va realiza prin apropierea de reticul şi ataşarea de el a ribozomilor. În acest mod ia naştere, prin asocierea ribozomilor la reticul, ergastoplasma, organit specific celulelor cu o sporită producŃie pentru „export” (producŃia de substanŃă necesară întregului şi nu celulei), celulele secretorii.

Aparatul Golgi (fig.10) este un ansamblu de cisterne cu pereŃii formaŃi de endomembrane în care sunt depozitaŃi temporar produşii rezultaŃi din sintezele celulare pentru „export.” În contact cu membranele cisternale, ale căror componente nu sunt pasive, produsul sintetizat suferă transformări calitative majore ce pot fi asimilate unui proces de „maturare”, de „înnobilare” calitativă. Încât, aparatul Golgi trebuie considerat ca un

32

„depozit” activ în raport cu produsul înmagazinat. Întrucât produsul sintetizat este destinat „exportului”, eliberarea sa din depozit trebuie făcută numai la solicitare (comandă). Pentru a se exclude riscul unor eliberări intempestive, sub acŃiunea unor factori externi nespecifici, aparatul Golgi este dispus mai în profunzimea citoplasmei, deci, mai aproape de nucleul celulei. Pentru eliberarea, prin exocitoză, a produsului depozitat relaŃia aparatului Golgi cu reticulul endoplasmatic este esenŃială.

Lizozomii (liză = desfacere, rupere) sunt organite veziculare (0,2-0,5µ diametru), mărginite de endomembrană, care include în ele enzime hidrolitice (de descompunere, implicate în catabolism). Rolul lor este de a asigura transformarea proteinelor în aminoacizi, a trigliceridelor în acizi graşi şi glicerol şi a polizaharidelor în monozaharide, toŃi produşii rezultaŃi fiind utilizaŃi în alte scopuri. Cu cât „digestia” intracelulară trebuie să fie mai intensă, cu atât numărul lizozomilor este mai mare. De aceea, numărul lor maxim este specific celulelor fagocitare (leucocite, celule gliale, osteoclaste, celule conjunctive, celulele Kupffer din endoteliul sinusoidelor hepatice).

Mitocondria (fig. 11) este organitul la nivelul căruia, prin fosforilare oxidativă, se realizează transformarea şi înmagazinarea microcuantelor energetice din substanŃele nutritive (aminoacizi, acizi graşi, glicerol, monozaharide) în macrocuante din compuşii fosforilaŃi ai adenozinei (ATP), guanozinei (GTP) şi creatinei (CP). În fapt, oricare proces fiziologic (contracŃie, transport activ, sinteză etc.) nu poate fi realizat decât prin

Fig. 10 SecŃiune prin aparatul Golgi din celula secretorie. MPP – membrana periplasmatică; SS – suprafeŃe de secŃiune; AG – aparat Golgi; N – nucleu

33

utilizarea unor cuante mari de energie eliberate prin scindarea enzimatică a ATP-ului, deoarece microcuantele din substanŃele nutritive sunt insuficiente amorsării lui. Adenozintrifosfatul se instituie, astfel, ca o „valută forte” în plan energetic.

El nu reprezintă, însă, decât un intermediar de conversie, eliberând prin scindare energia metabolică necesară activităŃilor fiziologice şi consumând, pentru refacere, energia eliberată prin arderea hidrogenului adus de substanŃele organice alimentare (acidul piruvic, ca termen intermediar comun pentru glucide, lipide şi protide) cu oxigenul adus de respiraŃie. Mitocondria se prezintă astfel ca o „bancă” în care „valuta energetică ordinară” (cuantele microergice) este transformată (nu schimbată!) în „valută energetică forte” (cuante macroergice). Din punct de vedere energetic celula, deci şi organismul, se dovedeşte a fi un „motor cu hidrogen”, total nepoluant. Forma mitocondriilor este, în general, ovală cu dimensiuni de 1-3 µ lungime şi 0,3-0,6 µ grosime. Prezintă o membrană dublă, cea internă fiind pliată din cauza suprafeŃei mult mai mari. În conversia energetică membranele mitocondriate joacă un rol esenŃial ele fiind sediul unor importante enzime fixate şi al unor foarte active mecanisme de transport activ, în special pentru H+.

Nucleul este organitul celular aflat pe primul loc în ierarhia componentelor celulare. Aceasta întrucât la nivelul lui se găsesc depozitate informaŃiile genetice prin care se asigură continuitatea în timp a speciei. Din punct de vedere cibernetic el poate fi considerat un „soft” complex, „hardul” fiind reprezentat de restul celulei. De la nivelul nucleului mesajul genetic este trimis în citoplasmă prin intermediul RNAm (mesager), generat

Fig. 11 Mitocondria (parŃial secŃionată). MI – membrana internă cu suprafaŃa mare; MF – membrana externă

34

prin fragmentarea DNA (care, apoi, se reface în procese anabolice specifice). Este cel mai mare organit situat, de regulă, în centrul geometric al celulei. Fiind esenŃial pentru transformările biochimice din citoplasmă, nucleul poate ocupa şi poziŃii periferice situându-se de partea polului celular care deŃine cea mai ridicată intensitate funcŃională. Când celula are dimensiuni mai mari şi un metabolism mai intens, pentru asigurarea uniformizării activităŃii celulare nucleul se poate fragmenta în două sau mai multe părŃi. În cazurile de fragmentare, materialul genetic este acelaşi în toate formaŃiunile rezultate. De aceea, termenul de celulă bi sau polinucleată nu este corespunzător, el trebuind înlocuit cu acela de celulă cu nucleu fragmentat. Membrana nucleului, unic sau fragmentat, este dublă, spaŃiul dintre membranele sale aflându-se în comunicare directă cu reticulul endoplasmatic. Carioplasma (plasma nucleului) comunică direct cu citoplasma prin pori largi ce străbat ambele membrane şi care reprezintă, cel mai probabil, calea de trecere a RNAm (fig. 12).

Centrozomul este o formaŃiune bicorpusculară (doi centrioli)

înconjurată de o porŃiune de citoplasmă cu altă densitate decât cea a masei celulare (fig. 13).

Rolul funcŃional este acela de centru cinetic al celulei, responsabil, în primul rând, de mişcările cromozomilor din timpul diviziunii celulei. De aceea, el lipseşte la celulele care nu se mai divid, printre care şi neuronul.

Fig. 12 Membrana dublă a nucleului; REP – reticul endoplasmatic; ME – membrana externă; MI – membrana internă; MN – material nuclear

35

În legătură cu această problemă trebuie remarcată diferenŃa dintre

neuron şi celelalte celule care nu se mai divid (limfocitul, eritrocitul). În timp ce la hematie şi limfocit pierderea capacităŃii de diviziune se asociază cu o durată de viaŃă a celulei foarte limitată (de ordinul câtorva, până la câteva zeci de zile), la neuron ea este asociată cu un turnover foarte dinamic, un proces de reîmprospătare şi revigorare permanentă a celulei prin înlocuirea macromoleculelor vechi din organitele sale cu altele noi. Acest proces este mai accentuat la nivelul formaŃiunilor sinaptice unde turnoverul poate dura, în anumite circumstanŃe, mai puŃin de o oră. Încât, deşi neuronul este aparent acelaşi, în fapt el este mereu altul.

II. 1.3.2. Specializările funcŃionale ale celulelor

Celulele sunt supuse în organism unei reale „diviziuni sociale a muncii”, ele specializându-se într-o anumită direcŃie funcŃională imperios necesară existenŃei întregului. Celulele având aceeaşi specializare funcŃională alcătuiesc un anumit tip de Ńesut, ca formă de organizare supracelulară. Obligativitatea oricărei celule de a îndeplini o activitate în folosul întregului nu trebuie însă interpretată ca o formă de „aservire” (relaŃie cu un singur sens), ci ca o reală „asistenŃă mutuală” (relaŃie cu dublu sens), oricare celulă integrată organismului beneficiind de activitatea specifică a celorlalte, în aceeaşi măsură planurile valorice ale acestor relaŃii nu sunt întrutotul şi întotdeauna echivalente. Facem precizarea că, dintr-un anumit unghi de privire, există şi două excepŃii: celula nervoasă şi gametul.

Specializarea funcŃională a celulei determină atât apariŃia unor organite noi, cât şi dezvoltarea diferenŃiată şi reorganizarea unora dintre cele ce îi asigură existenŃa. Pentru a putea surprinde toate modificările de alcătuire şi structură determinate de specializarea funcŃională vom descrie

Fig. 13 Centrozomul, MPP – membrana periplasmatică; CS – centrozom; N – nucleu

36

dezvoltarea organitelor în contextul mai general al tipologiei funcŃionale a celulelor. Tipologia funcŃională a celulelor nu respectă întrutotul tipologia cunoscută a Ńesuturilor întrucât, în multe cazuri, una şi aceeaşi celulă poate avea o dublă sau triplă specializare.

A. Celule de tip secretor

FuncŃia specifică a acestor celule – secreŃia – constă în sinteza, depozitarea şi eliberarea unor substanŃe, de regulă proteice, necesare organismului în ansamblu sau unuia dintre sectoarele sale. Considerând celula ca o mică uzină chimică, sporirea producŃiei de substanŃă necesară „exportului” va implica o creştere corespunzătoare a cantităŃii de materie primă, a numărului de „lucrători”, a surselor de energie şi desigur a „matriŃelor” specifice în care se va turna produsul. De asemenea, uzina trebuie să dispună şi de un „spaŃiu de depozitare” a produsului destinat livrărilor. Încât celula secretorie va avea un reticul endoplasmatic bine dezvoltat, – asigurând un volum mai mare de schimburi (intrări-ieşiri) –, un număr sporit de ribozomi, – ca „lucrători” direcŃi în sinteze –, multe mitocondrii furnizoare de energie (ATP) şi o producŃie corespunzătoare de RNAm la nivelul nucleului. AdmiŃând ipotetic că toate acestea au sporit cantitativ de 20 de ori faŃă de nivelul necesar activităŃii pentru sine vom constata că, totuşi, doar creşterea numerică nu duce la creşterea producŃiei (activitatea pentru întreg) de acelaşi număr de ori. Analizând situaŃia în detaliu vom constata că decalajul se datorează unei „deficienŃe” de organizare internă: distanŃa mare de la locul de intrare (membrana reticulului endoplasmatic) şi până la locul de utilizare (ribozomii dispersaŃi în citoplasmă) este parcursă de materia primă (aminoacizi şi alte substanŃe necesare) prin difuzie, în baza gradienŃilor, cu un mare consum de timp, datorită atât vâscozităŃii sporite a mediului de difuzie (coloidul citoplasmatic), cât şi dimensiunilor apreciabile ale particulelor ce difuzează. Singura soluŃie este anularea acestei distanŃe prin apropierea ribozomilor de reticul şi fixarea lor pe faŃa citoplasmatică a membranei acestuia. Ca urmare, producŃia va creşte corespunzător.

Asocierea ribozomilor se face numai pe anumite porŃiuni ale reticulului, cu atât mai extinse, cu cât sarcinile de producŃie ale celulei sunt mai mari. Asemenea porŃiuni cu ribozomi ataşaŃi ca nişte rugozităŃi (asperităŃi sferoidale) poartă denumirea de ergastoplasmă (gr. ergaster = muncitor) sau reticul rugos, deosebit de cel lipsit de ribozomi numit reticul neted. Ergastoplasma este, deci, un organit care ia naştere prin reorganizarea unei părŃi din organitele preexistente şi nu o formaŃiune nouă.

37

Prin aceasta nu trebuie, însă, să negăm noua valoare dobândită atât de membrana reticulului, cât şi de ribozomii ataşaŃi ei.

Aparatul Golgi este o componentă a celulei secretorii la nivelul căreia produsul de sinteză suferă un proces de maturare, de înnobilare, fără de care calitatea lui are de suferit. Aceasta poate fi una din explicaŃiile sindromului de suprasolicitare în plan endocrin, când anumiŃi hormoni (în special catecolaminele) sunt eliberaŃi fără a-şi fi încheiat stagiul de maturare la nivelul depozitului. Aparatul Golgi pare să fie implicat şi în formarea endo- şi exomembranelor, proprii oricărei celule. Faptul că el este dezvoltat cu precădere la nivelul celulelor secretorii, în corelaŃie directă cu dezvoltarea ergastoplasmei, constituie o dovadă a rolului său primordial în funcŃia secretorie.

Celule de tip secretor întâlnim în mai multe tipuri de Ńesuturi, produsul secretat fiind extrem de diferit: hormoni, enzime, neuro-transmiŃători şi neuromodulatori, feromoni, anticorpi, mucus, colagen, condrină, oseină etc. Neuronul, prin producŃia sa de neurotransmiŃători, neuromodulatori şi hormoni, face parte integrantă din tipul secretor.

B. Celule de tip germinativ

Cu câteva excepŃii, toate celulele organismului se divid dând naştere unor celule noi, similare lor, deci pot germina. În tipul germinativ se includ însă, numai acele celule care au funcŃie specifică pentru întreg formarea permanentă de noi celule (nu numai în perioada de creştere a organismului). În ultimă şi succintă analiză, la organismele pluricelulare, deci şi la om, diviziunea celulelor se realizează cu o dublă finalitate: asigurarea existenŃei, creşterii şi dezvoltării sistemului biologic individual, pe de o parte şi asigurarea existenŃei şi devenirii sistemului supraindividual – specia, pe de altă parte. În primul caz vorbim de multiplicare, în cel de-al doilea, de reproducere.

La acest tip de celule metabolismul este intensificat în latura lui anabolică, constructivă, iar organitele ce îl deservesc sunt cele bazale, dar dezvoltate pe măsură. Sintezele sunt destinate asigurării creşterii şi dezvoltării celulei până la nivelul de la care aceasta poate da naştere, prin diviziune, unei noi celule, cu toate componentele caracteristice. Cele mai importante procese au loc la nivelul nucleului şi centrozomului. Este de remarcat că la acest tip aparatul Golgi nu urmează aceeaşi linie de dezvoltare el fiind implicat doar în geneza membranelor nu şi stocarea

38

produşilor de sinteză care nu mai sunt destinaŃi exportului, ci formării de organite. În această categorie se includ celulele epiteliilor unistratificate şi cele ale stratului generator al celor pluristratificate, celulele hemato-şi limfopoetice şi cele generatoare de gameŃi. Capacitatea germinativă este considerabilă (mai puŃin pentru cele generatoare de ovule). Se apreciază că de pe suprafaŃa corpului uman se înlătură, în 70 de ani de viaŃă, aproximativ 18-20 kg de strat cornos sub formă de celule moarte, lipsite de citoplasmă şi încărcate de cheratină, ajunse în această stare din cauza îndepărtării lor faŃă de sursa de hrană şi oxigen (vasele de sânge din Ńesutul subepitelial). Dar ele au fost produse de stratul generator ca celule vii, bogate în citoplasmă şi organite. Dacă în formă de scuame ele cântăresc aproape 20 kg, ne putem imagina că masa lor iniŃială, reală, produsă de stratul generator este cu mult mai mare. În mod similar poate fi evaluată capacitatea germinativă a celulelor hematopoetice care, în 70 ani de viaŃă a unui individ asigură succesiunea a peste 210 generaŃii de hematii, în aproximativ 5,5 l sânge, cu o densitate de 5 milioane celule pe mmc.

C. Celule de tip fagocitar Fagocitoza este procesul de înglobare în citoplasmă, prin intermediul

formării de vezicule, a unor particule semisolide din mediu (agregate macromoleculare, fragmente de celule şi chiar celule întregi). Rolul fiziologic al acestui proces este ecarisajul organismului şi nu hrănirea în sine a celulelor fagocitare, deşi acestea au serioase avantaje pe plan nutritiv. Pe lângă unele proprietăŃi particulare ale membranei periplasmatice care asigură formarea veziculelor de fagocitoză, celulele aparŃinând acestui tip funcŃional au o sporită producŃie enzimatică (enzime hidrolitice) şi un număr mare de lizozomi. În această categorie sunt cuprinse: anumite leucocite, unele celule gliale care, astfel, preîntâmpină accesul deranjant al leucocitelor printre corpii celulari ai neuronilor, celulele Kupffer din endoteliul sinusoidelor hepatice şi multe celule conjunctive.

Necesitatea unui sistem de ecarisaj în organism este reclamată, în primul rând, de numărul mare de celule proprii ce mor zilnic atât din cauza duratei reduse de viaŃă (elementele figurate ale sângelui), cât şi din cauza uzurii sau / şi a stărilor morbide. Abia în al doilea rând ecarisajul prin fagocitoză are şi o justificare externă (pătrunderea unor agenŃi patogeni), aceasta fiind dovedită şi din faptul că, în asemenea situaŃii, creşte doar temporar numărul celulelor fagocitare specializate (leucocitele).

39

D. Celule de tip excitabil Excitabilitatea fiind o proprietate ce se evidenŃiază doar la impactul

cu o variaŃie a factorilor din mediu, organitul implicat cel mai profund în realizarea ei este membrana periplasmatică. Alcătuirea şi structura acesteia sunt de o înaltă complexitate şi specificitate. Acestei probleme îi este rezervat un spaŃiu mai mare la studiul celulei nervoase.

Excitabilitatea este doar o condiŃie şi o primă treaptă a procesului de reflectare care, între anumite limite, este propriu oricărei celule. Celulele de tip excitabil, însă, sunt categorii specializate care, pe baza capacităŃii de a sesiza rapid prezenŃa unei variaŃii adecvate din mediu, răspund în mod specific: printr-o variaŃie mai mult sau mai puŃin promptă a potenŃialului membranar (celulele epiteliilor senzoriale), prin eliberarea unor produşi specifici de sinteză (neuronii şi celulele secretorii) şi prin declanşarea unor procese mecanice active (fibrele musculare). Tot în categoria celulelor excitabile sunt cuprinse şi acele celule care nu reflectă apariŃia unei modificări din mediul ambiant, ci o particularitate structural-funcŃională proprie, celule numite autoexcitabile. Ele se dovedesc capabile de a răspunde unor modificări ritmice interne legate, în primul rând, de membrana periplasmatică şi pompa ionică electrogenă. Este cazul Ńesutului nodal din miocard, al neuronilor autoexcitabili din centrul inspirator bulbar şi al fibrelor musculare netede din pereŃii unor organe cavitare. FuncŃionarea automată, ritmică a acestor celule nu are nimic comun cu bioritmurile, ci este consecinŃa firească a unor procese biofizice desfăşurate la nivelul membranei periplasmatice. Asupra acestor procese vom insista într-un alt paragraf, după ce vor fi analizate mecanismele intime ale excitabilităŃii. Excitabilitatea nu reprezintă o însuşire difuză a acestui tip celular, ci ea este remarcabil profilată pe anumite tipuri energetice de stimuli: mecanici, termici, fotonici, electrici şi chimici.

E. Celule de tip „transport” Deşi oricare celulă realizează schimburi în cadrul metabolismului

propriu, în organism există celule specializate în direcŃia asigurării transportului de substanŃă (şi energie) în interesul întregului şi nu în interes propriu. Asemenea celule se asociază în formaŃiuni epiteliale ce constituie adevărate bariere între diverse compartimente lichidiene ale organismului. Acest tip celular se caracterizează printr-o înaltă dezvoltare şi specializare a mecanismelor de transport transcelular localizate exclusiv la nivelul

40

membranei periplasmatice şi nu la nivelul celei reticulare, aşa cum este cazul transportului pentru nevoi proprii.

Celule specializate în transportul dintre compartimente întâlnim la nivelul tuturor capilarelor, al căror perete epitelial (endoteliu) se interpune între sânge şi lichidul interstiŃial, la bariera pulmonară, formată din endoteliul capilar şi epiteliul alveolar, care se interpune între pelicula surfactantă alveolară şi sânge, la epiteliile digestive, interpuse între conŃinutul tubului şi lichidul interstiŃial şi la tubii renali unde epiteliile pereŃilor se interpun între interstiŃiu şi lichidul de excreŃie (urina). O categorie aparte a acestui tip funcŃional o reprezintă celulele gliale cu rol trofic (astrocitele) care mediază selectiv schimburile dintre sânge şi neuroni, contribuind în cea mai mare parte la realizarea barierei hematoencefalice (fig. 14).

Mecanismele de transport care se dezvoltă la acest tip celular sunt

cele active, consumatoare de energie: prin transportori – cu înaltă specificitate dar cu randament scăzut – şi prin vezicule de pinocitoză – cu specificitate redusă dar cu randament ridicat. Când lichidele din compartimentele între care se realizează schimburile sunt net diferite calitativ (aşa cum este cazul epiteliului de transport din intestin), mecanismul prin transportor este cel mai indicat fiind foarte selectiv, sporirea randamentului asigurându-se prin mărirea corespunzătoare a suprafeŃei membranei periplasmatice de la polul apical al fiecărei celule (microvili).

Când lichidele din cele două compartimente diferă puŃin între ele, aşa cum este cazul plasmei sanguine şi lichidului interstiŃial, bariera interpusă

Fig. 14 Celulă glială cu rol trofic. CS – capilar sanguin; CGT – celulă glială (astrocit) cu rol trofic; N – neuron; SN – substanŃe nutritive

41

(endoteliul capilar) utilizează mai cu seamă mecanismul activ prin endocitoză al cărui randament este net superior.

F. Celule de tip contractil Organitul specific acestui tip celular este specializat în transformarea

energiei chimice (din ATP) în lucru mecanic. El este reprezentat de două tipuri de miofilamente proteice – actina şi miozina – asociate în grupaje discontinue ce se dispun seriat în lungul celulei. Mecanismul de conversie a energiei chimice în lucru mecanic se bazează, potrivit ipotezei glisării miofilamentelor de actină printre cele de miozină, pe realizarea unei tranziŃii conformaŃionale a punŃilor încrucişate cu ajutorul energiei chimice eliberată enzimatic din ATP. În absenŃa energiei unghiul format de punte cu microfilamentul de miozină este larg deschis (peste 90º), iar în prezenŃa energiei (din ATP) acesta se închide (aproape de 90º) trăgând miofilamentele de actină între cele de miozină (fig. 15).

În funcŃie de mărimea forŃei ce trebuie dezvoltată ansamblurile

liniare de miofilamente se dispun şi funcŃionează izolat, independente unele de altele, aşa cum este cazul majorităŃii fibrelor musculare netede, sau în mănunchiuri (miofibrile) cu funcŃionare concomitentă, ceea ce duce la sporirea apreciabilă a forŃei, aşa cum este cazul fibrelor musculare striate scheletice şi cardiace. Creşterea forŃei se realizează atât prin sacrificarea independenŃei celulare (miocard) cât şi chiar al individualităŃii (m. scheletic).

Fig. 15 Mecanismul glisant al contracŃiei; ACT – filament de actină; PI – punte încrucişată; MZ – filament de miozină; E – energie chimică eliberată din ATP; a – relaxare; b – contracŃie

42

II.1.3.3. Relativitatea tipologiei funcŃionale a celulelor Dacă anumite celule pot fi încadrate strict într-un anumit tip

funcŃional, altele pot aparŃine în egală măsură la două sau trei tipuri. Celula de tip germinativ poate fi un exemplu din prima categorie, în timp ce hepatocitul din cea de-a doua, această celulă putând fi secretorie (sinteza unor substanŃe specifice necesare altor celule), de transport (între sângele venos portal şi cel sistemic pentru substanŃele absorbite în tubul digestiv) sau germinativă (însuşire ce stă la baza marii puteri de regenerare a ficatului). De asemenea, neuronul aparŃine, în egală măsură, tipului excitabil, prin specializările membranei periplasmatice în generarea şi propagarea potenŃialelor electrice şi tipului secretor, prin sinteza şi eliberarea neurotransmiŃătorilor, neuromodulatorilor şi neurohormonilor.

Toate tipurile funcŃionale sunt strâns reunite, însă, prin modul comun de existenŃă – metabolismul, bază unică de realizare atât a activităŃii pentru sine, cât şi a celei destinată întregului. În organism, nu există nici o celulă care să aibă o activitate doar pentru sine. Aceasta se poate întâmpla doar în starea morbidă când celula angajează toată energia de care dispune în direcŃia salvării propriei existenŃe, renunŃând temporar la activitatea pentru întreg. Dar, asemenea situaŃii reprezintă stări-limit ă în viaŃa unei celule, durata lor fiind scurtată prin intervenŃia sistemului de „ecarisaj” care înlătură (prin fagocitare) acele celule ce se dovedesc incapabile de a se salva prin mijloace proprii, respectiv prin valorificarea sprijinului dat de mecanismele integratoare ale organismului.

Aşa cum realitatea, în general, nu ascultă de legităŃi preexistente, întrucât acestea derivă tocmai din ceea ce este comun unui număr mare de cazuri particulare, adică dintr-o prelucrare statistică, tot aşa diversitatea funcŃională a celulelor organismului nu se supune unei clasificări date, ci ea se pretează doar la categorisiri pe baza unor criterii convenŃionale, adică formale. Celula este un univers al acŃiunilor, unitar şi divers în egală măsură, orice tentativă de clasificare izbindu-se de insolubila problemă, pur teoretică, a priorităŃii activităŃii pentru sine sau pentru întreg. La o primă şi superficială privire lucrurile par simple: activitatea pentru întreg este secundară întrucât ea nu poate să se desfăşoare, după cum am constatat, decât prin şi pe baza activităŃii pentru sine. Perfect adevărat! Dar, oare, nu cumva activitatea pentru sine apare şi se dezvoltă tocmai cu finalitatea de a face posibilă activitatea pentru întreg, adică existenŃa sistemului supraiacent? O primordialitate a uneia din cele două tipuri de activităŃi este un non sens, o falsă problemă întrucât ele nu reprezintă procese cu scop în sine, ci doar laturile unui proces unitar şi universal – devenirea.

43

SECłIUNEA a II-a

COMPONENTA NERVOASĂ A SISTEMULUI INTEGRATOR

III. NEURONUL –CELULĂ EXCITABIL Ă ŞI SECRETORIE În mod cu totul eronat se consideră neuronul ca fiind unitatea

structural-funcŃională a sistemului nervos. Dacă prin unitate structural funcŃională trebuie să înŃelegem cea mai mică parte dintr-un întreg la nivelul căreia se realizează, în plan elementar, funcŃia acestuia, atunci neuronul ar trebui să poată realiza integrarea cel puŃin în forma ei cea mai simplă care este actul reflex elementar (cu implicarea unui singur nivel de decizie). Ori acest lucru nu este posibil, actul reflex presupunând o anumită structură realizată între cel puŃin şase componente (dintre care patru neuroni): receptor, cale aferentă, centru de prelucrare a informaŃiilor şi elaborare a comenzii, cale eferentă, efector şi aferentaŃia inversă, toate acestea formând arcul reflex. Prin urmare, neuronul este un element component, desigur, principal, al arcului reflex, abia acesta din urmă având valoare de unitate structural-funcŃională a sistemului integrator (sistemul nervos).

Neuronul este o celulă cu dublă specializare funcŃională aparŃinând, deopotrivă, tipului excitabil şi tipului secretor. Înalta sa specializare, derivată din complexitatea procesului integrării la care participă în mod esenŃial, precum şi nivelul sporit al metabolismului, derivat din implicarea permanentă a mecanismelor integratoare, pun în faŃa neuronului sarcini ce depăşesc posibilităŃile funcŃionale ale unei singure celule. În consecinŃă, o altă categorie celulară – nevroglia – vine în sprijinul neuronului, preluând o parte din sarcinile acestuia şi asigurându-i condiŃiile optime pentru îndeplinirea funcŃiilor sale specifice. Celula glială, interpusă între capilar şi neuron, asigură nu numai o selectare a substanŃelor la intrare, ci şi o preliminară prelucrare a acestora; este avansată ipoteza că aceasta ar furniza neuronului chiar ATP, ceea ce ar putea explica numărul redus al mitocondriilor neuronale în raport cu cheltuiala energetică totală a acestuia; celula glială formează învelişul mielinic, prin rularea propriei membrane în jurul axonului sau dendritei, făcând astfel posibilă propagarea independentă şi cu viteză mare a PA pe fiecare prelungire neuronală; celula glială poate contribui, cel puŃin în parte, la stocarea informaŃiei. Celulele gliale

44

îndeplinesc şi alte roluri, cu caracter mai general, cum ar fi „ecarisajul” prin fagocitare, prin care se evită pătrunderea la acest nivel a leucocitelor ce ar perturba activitatea neuronilor, sau „cicatrizarea” Ńesutului nervos care constă în multiplicarea celulelor gliale în spaŃiile interstiŃiale rămase libere prin fagocitarea neuronilor nefuncŃionali şi prin care se asigură menŃinerea quasiconstantă a spaŃiilor cu lichid dintre celule (200-300 Aº).Prin toate acestea se justifică numărul mult mai mare al celulelor glialei decât al neuronilor (raportul estimat: 8-10/1).

Ca elemente componente ale arcului reflex neuronii prezintă două particularităŃi: emit prelungiri şi au polaritate funcŃională. Prelungirile pot fi dendritice (la mulŃi neuroni ele lipsesc), cu sens de propagare celulipet şi axonice, cu sens de propagare celulifug. UnidirecŃionarea propagării, însă, este determinată de prezenŃa sinapselor şi ea reprezintă o proprietate a arcului reflex şi nu a prelungirilor; aplicarea unui stimul direct pe una din prelungiri dă naştere la un potenŃial de acŃiune ce se propagă de-a lungul acestora în ambele sensuri, dar nu poate traversa sinapsa decât în conformitate cu polaritatea funcŃională – de la axon la dendrită sau la corpul celular. Oricare neuron prezintă doi poli funcŃionali – un pol de intrare şi unul de ieşire – în raport cu circulaŃia unidirecŃională a semnalelor. Această polaritate este determinată de modul de comunicare interneuronală la nivelul sinapsei. PorŃiunea terminală a axonului – butonul – reprezintă polul de ieşire a semnalelor sub forma cuantelor de neurotransmiŃător, iar membrana postsinaptică a neuronului următor pe care se găsesc receptorii specifici pentru mesagerul chimic constituie polul de intrare a semnalelor sub forma potenŃialelor de acŃiune declanşate de cuantele de neurotransmiŃător.

După locul ocupat în cadrul arcului reflex, respectiv după raporturile stabilite cu celelalte elemente componente ale acestuia, neuronii pot fi de trei tipuri: senzitivi (receptori), de asociaŃie (intercalari) şi efectori (motori şi secretori). Valoare senzitivă reală are doar acel neuron ale cărui dendrite intră în, sau participă la alcătuirea receptorului. Din această perspectivă, oricare arc reflex are un singur neuron senzitiv – protoneuronul –, restul neuronilor interpuşi între acesta şi cel efector având valoare reală asociativă. Cu toate acestea, prin extensie, se consideră ca fiind senzitivi toŃi neuronii ce se interpun între receptor şi centrul nervos, constituind calea aferentă (respectiv ascendentă) a arcului reflex. În acelaşi sens, valoare efectorie reală are doar acel neuron al cărui axon intră în contact cu o formaŃiune efectoare (secretorie sau contractilă). Din acest unghi de privire, oricare arc reflex are un singur neuron efector – ultimul din cadrul arcului reflex – restul neuronilor interpuşi între centrul de comandă şi acesta din urmă având valoare asociativă. Şi în acest caz, tot prin extensie, se

45

consideră ca fiind efectori toŃi neuronii ce se interpun între centrul nervos şi efector, constituind calea descendentă (respectiv calea eferentă) a arcului reflex. Valoare asociativă reală au toŃi neuronii interpuşi între cel real senzitiv (protoneuron) şi cel real efector (ultimul neuron din arc). Prin reducŃie, însă, valoare asociativă se atribuie numai neuronilor care, doar la nivelul centrilor, fac joncŃiunea între calea aferentă şi cea eferentă, respectiv între calea ascendentă şi cea descendentă a arcului reflex. Întrucât realitatea nu poate fi cunoscută decât prin intermediul simplificărilor (modelări, formalizări), în cele ce urmează vom folosi termenii de senzitiv, de asociaŃie şi efectori în înŃelesul lor formal şi nu în cel real.

III. 1. Alcătuirea şi structura neuronului

Specializarea funcŃională a neuronului nu are la bază atât apariŃia de organite celulare noi, cât dezvoltarea diferenŃiată şi organizarea specifică a celor comune tipului excitabil şi tipului secretor.

Membrana periplasmatică a neuronului respectă planul general de organizare descris anterior (fig. 16).

Deosebirile faŃă de membranele altor celule Ńin de calitatea şi

cantitatea componentelor ce formează acest ansamblu trilaminat şi, mai cu seamă, de interrelaŃiile ce se stabilesc între ele.

Membrana neuronală are un conŃinut mai mare de fosfolipide (60%), decât alte membrane, iar fluiditatea lor este mai sensibilă la acŃiunea factorilor de influenŃă (temperatură, substanŃe liposolubile etc.). ExplicaŃia

Fig. 16 Membrana – modelul mozaicului fluid

46

acestor diferenŃe constă în faptul că atât gruparea hidrofilă (fosfatidil), cât şi cea hidrofobă (acizi graşi) (fig.17) diferă calitativ de alte fosfolipide.

Anumite diferenŃe, chiar dacă nu de aceeaşi amploare, există şi

între fosfolipidele diverşilor neuroni, ele vizând atât latura calitativă (componenta organică a grupării hidrofile, lungimea lanŃurilor de acizi graşi), cât şi pe cea cantitativă (conŃinutul se colesterol sau de acizi graşi nesaturaŃi). Toate aceste aspecte particulare îşi pun amprenta asupra parametrilor funcŃionali ai membranei fiecărui neuron.

Varietatea biochimică a proteinelor membranare este extrem de mare, de la di- şi tripeptide, până la polipeptide complexe (glicoproteine şi lipoproteine) şi metal-proteine (unele enzime). Sub aspect funcŃional ele pot fi: proteine-enzime, proteine-transportor, proteine-receptor şi proteine-canal, fiecare tip funcŃional prezentând o gamă largă de variante pentru acelaşi neuron.

Dintre proteinele-enzime unele prezintă interes special în fiziologia integrării neuro-endocrine: adenozintrifosfataza ionodependentă, adenil-atciclaza şi fosfati dilinozitolkinaza. Adenozintrifosfataza (ATP-aza) este implicată în mecanismele de transport ionic activ prin eliberarea din ATP a energiei chimice necesară mişcării ionilor împotriva gradienŃilor chimic şi electric şi / sau în sensul acestora dar cu viteză mult sporită. Există mai multe forme de ATP-ază în funcŃie de ionul care le activează şi al cărui transport transmembranar îl asigură: ATP-aza Na+-K+ dependentă (fig. 18);

Fig. 17 Macromolecula de fosfolipid. HFL – pol hidrofil; HFB – pol hidrofob

47

ATP-aza Mg2+ dependentă, ATP-aza Ca2+ dependentă (fig. 19) etc.

În acest mod, specificitatea enzimei asigură specificitatea de transport

şi se evită interferenŃa enzimatică. Prin activitatea lor ATP-azele ionodependente asigură refacerea şi întreŃinerea în timp a homeostazei ionice, precum şi a potenŃialului electric de membrană.

Adenilatciclaza are ca acŃiune finală formarea adeno-zinmonofosfatului ciclic (AMPc) implicat ca al doilea mesager ce modifică activitatea enzimelor (fig.20)

Fig. 18 Efectele variaŃiei concentraŃiilor interne ale ionilor Na+ şi K+ asupra ATP-azei specifice

Fig. 19 Efectele variaŃiei concentraŃiei interne a ionilor Ca2+ asupra ATP-azei specifice

48

În mod similar funcŃionează şi fosfatidilinozitolkinaza care produce

din fosfolipide membranare diacilglicerol ca mesager de ordin secund implicat în acŃiunea anumitor enzime citoplasmatice (fig. 21).

Proteinele-transportor sunt în mai mică măsură cunoscute. Se admite că însăşi ATP-aza ionodependentă ar fi formată din două subunităŃi: una cu rol catalitic şi una cu rol de vehicul. Independent de faptul că transportorul este o subunitate a ATP-azei sau o moleculă separată el are o specificitate remarcabilă (dar nu exclusivă) pentru transportul unui anumit ion. Legarea ionului de molecula transportoare formează un complex a cărui stabilitate

Fig. 20 Activitatea adenilatciclazei la nivelul membranei

Fig. 21 Activarea fosfatidilinozitolkinazei la nivelul membranei

49

este diferită în funcŃie de specificul fiecărei componente: organică (glicoproteina) şi minerală (ionul transportat)

Complexul organomineral format la una din feŃele membranei (în anumite circumstanŃe enzimatice) se deplasează la faŃa opusă a acesteia (în alte circumstanŃe enzimatice) unde se desface eliberând ionul transportat. Rămasă liberă, molecula transportoare se reîntoarce la faŃa iniŃială fie neîncărcată (vezi fig.7), fie încărcată cu alt ion (sau moleculă) pe care îl transportă în sens invers (transport cuplat, aşa cum este cazul pompei de Na+-K+). Atât formarea complexului transportor-ion, cât şi mişcarea acestuia de la o faŃă la alta a membranei se realizează cu consum de energie.

Proteinele receptor, de regulă glicoproteine, reprezintă locurile de captare a mesajelor chimice sosite de la alte celule. PoziŃia acestora pe membrană este cvasistabilă. Legarea mesagerului chimic (neuro-transmiŃător sau hormon) de receptor se realizează cu o înaltă specificitate stereo-chimică. Pentru fiecare mesager există un receptor congruent ca geometrie (organizare spaŃială) şi adecvat ca posibilităŃi chimice interactive. În acest mod se exclude posibilitatea apariŃiei erorilor de acŃiune. Deşi – principial – neurotransmiŃătorii şi hormonii interacŃionează în acelaşi mod cu receptorii proprii, aceştia determină consecinŃe diferite la nivelul neuronului Ńintă (purtător de receptori). În timp ce legarea neurotransmiŃătorului de receptorul adecvat are drept consecinŃă activarea, respectiv inactivarea unora dintre canalele ionice, legarea hormonului de receptorul propriu determină eliberarea unui al doilea mesager (AMPc, Ca2+ etc.) în interiorul celulei care modifică activitatea catalitică a enzi-melor. Deşi, în general, se vorbeşte de receptori membranari numai în legătură cu fixarea stereospecifică temporară a neurotransmiŃătorilor şi hormonilor, numeroşi alŃi receptori sunt specializaŃi în legarea altor substanŃe active, aşa cum sunt multe peptide cerebrale, sau chiar a unor medicamente. Pentru o aceeaşi clasă de substanŃe pot exista receptori diferiŃi, ocuparea fiecăruia fiind însoŃită de efecte remarcabil diferite, uneori chiar opuse. Astfel, prin legarea opioidelor de anumiŃi receptori sunt determinate efecte sedative, în timp ce legarea de alŃii are efecte emoŃionale sau analgezice. Aceeaşi substanŃă activă poate genera, în funcŃie de receptor, efecte antagonice.

La nivelul sistemului nervos un rol important revine ionului Ca2+, acesta fiind implicat atât în eliberarea neurotransmiŃătorilor, cât şi în determinarea excitabilităŃii. Din aceste motive membranele neuronilor prezintă receptori specializaŃi în legarea calciului, mulŃi dintre ei fiind dispuşi în zonele sinaptice şi pe soma neuronală. DistribuŃia acestor receptori este diferită la diverşi neuroni. Multe medicamente ca şi unele

50

droguri acŃionează prin intermediul receptorilor de Ca2+ situaŃi, cel mai probabil, chiar la nivelul canalelor specifice acestui ion. Neuronii deŃin receptori chiar şi pentru adenozină care poate îndeplini şi rolul de mesager chimic cu efecte diferite în funcŃie de tipul receptorului. Cel mai cunoscut efect produs de legarea adenozinei la receptorii membranelor presinaptice este acela de a inhiba eliberarea neurotransmiŃătorilor excitatori. În legătură cu aceasta trebuie amintită ipoteza potrivit căreia starea de oboseală nervoasă în urma unor solicitări prelungite ar putea fi generată tocmai de acŃiunea adenozinei, remarcabil crescută în asemenea stări. Prezumtiva interferenŃă dintre cofeină şi aceşti receptori, prin care s-ar împiedica legarea adenozinei, ar putea fi o explicaŃie a efectului reconfortant al cafelei.

Densitatea şi distribuŃia proteinelor receptor pe suprafaŃa membranei neuronale sunt neuniforme. Receptorii pentru neuro-transmiŃători sunt prezenŃi doar la polul de intrare al neuronului, reprezentat de porŃiunile membranare ale butonilor dendritici, somei neuronale, conului de emergenŃă a axonului şi a porŃiunii preterminale a butonului axonic. Aceste porŃiuni membranare cu proteine-receptor specifice neurotransmiŃătorilor intră în alcătuirea joncŃiunilor interneuro-nale formând membrana postsinaptică. Nu se cunosc prea multe detalii cu privire la organizarea moleculară a receptorilor. Vom accepta ipoteza că receptorii specifici pentru neurotransmiŃători sunt tocmai capetele externe ale proteinelor-canal, ceea ce uşurează înŃelegerea consecinŃelor acŃiunii acestora de activare sau inactivare a canalelor ionice. Receptorii pentru anumiŃi hormoni au o distribuŃie cvasiuniformă pe membrana somei neuronale, posibil şi pe porŃiunea bazală a dendritelor, respectiv pe conul de emergenŃă al axonului.

Proteinele-canal sunt ansambluri macromoleculare alungite ce străbat grosimea membranei de la o faŃă la alta fiind formate, cel mai probabil, din patru subunităŃi astfel dispuse încât delimitează între ele un spaŃiu canalicular cu diametrul mediu de 8 Aº, numit canal ionic (fig.22).

Capetele subunităŃilor proteice ale canalului care predomină spre citoplasmă sunt diferite ca natură chimică şi proprietăŃi de cele care predomină spre spaŃiul interstiŃial. DistribuŃia pe membrană a diverselor tipuri de canale (pentru Na+, K+, Ca2+, Mg2+ etc.) nu este întâmplătoare, ea fiind determinată de planul funcŃional general al celulei. De asemenea, numărul canalelor pe unitatea de suprafaŃă este determinat genetic pentru fiecare categorie de celule, canalele „uzate” fiind internalizate prin endocitoză şi digerate de enzimele lizozomale, în locul lor fiind sintetizate altele noi. În privinŃa densităŃii canalelor de sodiu se estimează că, la fibrele

51

nemielinizate, acestea ar fi de 1110 /µm2, cu o distribuŃie uniformă pe toată suprafaŃa membranei, iar la cele mielinizate ele sunt prezente numai la nivelul strangulaŃiilor Ranvier (1 /µm lungime) cu o densitate mult mai mare – 2000 /µm2.

La nivelul corpului celular densitatea pare a fi în medie de

50-100 /µm2 cu o distribuŃie, cel mai probabil, neuniformă. Din cauza fluidităŃii fosfolipidelor membranare, canalele ionice se pot deplasa prin translare modificând astfel distribuŃia în suprafaŃă. Prin aceste canale se realizează o comunicare episodică directă între citoplasmă şi lichidul interstiŃial pentru componentele cu dimensiuni sub 8 Aº (apă, ioni minerali, substanŃe organice cu moleculă mică). Importantă este mişcarea prin aceste canale a ionilor minerali implicaŃi, direct sau indirect, în fenomenele electrice de membrană. ExistenŃa acestor comunicări libere între interiorul şi exteriorul celulei ar duce la instalarea unui echilibru termodinamic pentru componentele de mici dimensiuni, fapt ce ar impieta grav asupra existenŃei (metabolismului) şi funcŃionării (excitabilităŃii) neuronului. Se impune astfel necesitatea existenŃei unor modalităŃi de închidere (inactivare) şi deschidere (activare) a lor în funcŃie de anumite circumstanŃe. Asemenea modalităŃi există, aşa cum o dovedeşte realitatea, dar asupra mecanismelor intime de realizare pluteşte încă aburul ipotezelor. Asupra a două dintre acestea vom oferi detalii într-un alt paragraf.

Deşi consideraŃi a fi organite specifice neuronului, în realitate, corpii Nissl nu sunt decât formaŃiuni ergastoplasmice (reticul endoplasmatic rugos) pe care le întâlnim, după cum s-a văzut, la oricare celulă de tip secretor. Asocierea dintre ribozomi şi o parte a reticulului endoplasmatic neted este determinată de nevoia reducerii consumului de timp în sinteza neurotransmiŃătorilor, neuromodulatorilor şi neurohormonilor. Calitatea chimică a produsului sintetizat este determinată genetic prin intermediul

Fig. 22 Canalul ionic şi cele patru subunităŃi proteice ale sale

52

RNAm, „matriŃa” eliberată de nucleul neuronului. În funcŃie de tipul „matriŃei” (RNAm) unii neuroni vor sintetiza pentru export mediatori excitatori (acetilcolină, serotonină, dopamină, peptide, adrenalină), alŃii – mediatori inhibitori (GABA – acid gamaaminobutiric, glicină), iar alŃii – modulatori (endorfine) sau hormoni (ADH, RH, adrenalină, noradrenalină). Deci, secreŃia este o proprietate comună tuturor neuronilor, cu excepŃia celor ce dau sinapse electrice, şi nu una specifică celor ce produc hormoni sau modulatori. Cei mai mulŃi mesageri chimici sunt peptide active din punct de vedere biologic a căror sinteză este determinată genetic. Din jocul acŃiunilor celor trei categorii de mesageri: neurotransmiŃători, neuromo-dulatori şi neurohormoni, rezultă nu numai reacŃiile fiziologice şi acŃiunile comportamentale, ci şi particularităŃile individuale şi circumstanŃiale ale acestora. Având în vedere condiŃionarea reciprocă la nivelul celulelor „Ńintă” (asupra cărora acŃionează) a celor trei categorii de mesageri, unii având şi rol de cofactori, precum şi marea varietate biochimică a acestora (sunt cunoscute peste 100 de peptide active), putem avea o explicaŃie convenabilă a diversităŃii consecinŃelor determinate de acŃiunile lor.

SecreŃia mesagerilor chimici este un proces diferit de la o regiune la alta a sistemului nervos, astfel încât se poate admite existenŃa unei „anatomii chimice” a acestuia. Însă, cei mai mulŃi neuroni produc atât neurotransmiŃători clasici (catecolamine, acetilcolina, acidul gamaamino-butiric), cât şi neuropeptide active cu rol , mai cu seamă, modulator.

Deşi rolurile lor sunt multiple, peptidele din SN sunt în mare măsură implicate în determinarea comportamentului. Există numeroase studii în acest sens pe animale şi multe observaŃii pe omul bolnav. Multe peptide sunt implicate în comportament în mod direct, dar cele mai multe prin efectele lor secundare produse asupra centrilor nervoşi şi glandelor endocrine. Unele peptide sunt implicate în medierea durerii, altele (opioidele) în analgezie; deşi încă insuficient demonstrate, acŃiunile pozitive ale unor peptide asupra capacităŃii de memorare la voluntari, sau a revenirii după amnezia retrogradă la unii bolnavi, sunt invocate în destul de multe cercetări. Chiar şi în reglarea comportamentului alimentar sunt implicate mai multe peptide, legătura lor cu „centrul foamei” fiind demonstrată în unele experimente pe animal. În numeroase mecanisme homeostazice, de reglare a diverselor funcŃii, peptidele neuromodulatoare au un rol decisiv alături de neurotransmiŃători şi neurohormoni (unii dintre ei fiind tot peptide).

Neurofibrilele sunt elemente fibrilare şi microtubulare care au, în primul rând, un rol mecanic pasiv şi, în al doilea rând, un rol de suport şi mijloc de transport pe distanŃe lungi a veziculelor cu mediator de la locul de sinteză majoră (corpul celular) la locul de eliberare (butonii terminali ai

53

axonilor). Rolul mecanic pasiv al neurofibrilelor (ca elemente aparŃinând citoscheletului) vizează planul energetic al neuronului. Se ştie că, pentru menŃinerea formei sale, celula cheltuieşte cu atât mai multă energie cu cât ea este mai departe de forma sferică. Neuronii stelaŃi cu multe buchete dendritice, numiŃi şi multipolari, evită consumul de energie pentru menŃinerea formei prin dispunerea internă a neurofibrilelor în mănunchiuri ce converg spre baza prelungirilor dendritice şi diverg în citoplasma somei spre diverse puncte de sprijin situate pe faŃa internă a membranei. În corpii celulari de formă ovală (celulele Purkinje) asemenea dispuneri ale neurofibrilelor nu se întâlnesc. Că, la nivelul axonului, neurofibrilele au şi un anume rol mecanic reprezintă o chestiune ce nu poate fi nici negată, dar nici confirmată. Cum pentru axon importantă este membrana (axolema), în lungul căreia se realizează propagarea PA, protecŃia mecanică trebuie asigurată în primul rând, acesteia, prin ea asigurându-se şi protecŃia axoplasmei. O asemenea protecŃie, însă, o realizează cu mai multă eficienŃă formaŃiunea citoscheletică submembranară şi învelişul glial şi conjunctiv şi nu un mănunchi de neurofibrile dispus în axoplasmă, la distanŃă de membrană. La nivelul axonilor neurofibrilele formează mănunchiuri (dispunere paralelă) în lungul cărora veziculele cu mediator se deplasează prin alunecare facilitată dinspre corpul celular spre butonii terminali unde se acumulează temporar (ca un „transport pe cablu”). Procesul ar putea fi bazat pe forŃele electrostatice exercitate între încărcătura electronegativă a suprafeŃei citoplasmatice a membranei veziculare şi anumite puncte de pe neurofibrile încărcate electropozitiv. Prin acest mecanism electrostatic se pot explica atât viteza relativ mare de transport, cât şi, în unele cazuri, sensul antigravitaŃional al acestuia.

FaŃă de capacitatea de sinteză pentu export (neurotransmiŃători, modulatori, hormoni) pe care o dovedeşte neuronul ca celulă secretorie, aparatul Golgi – al cărui rol principal este de depozitare a produsului de secreŃie – ar trebui să fie mult mai dezvoltat decât este în realitate. ExplicaŃia acestui decalaj constă în faptul că în majoritatea cazurilor, neurosecreŃia este produsă în corpul celular şi este eliminată la polul de ieşire al neuronului (butonul terminal al axonului) situat, de regulă, la distanŃă foarte mare la locul sintezei. Prin urmare, produşii de neurosecreŃie se vor depozita într-o zonă cât mai apropiată de locul de eliberare, adică în butonii terminali ai axonilor. Însumând capacităŃile de depozitare reprezentate de aparatul Golgi (mai puŃin dezvoltat) şi de veziculele din butonii terminali ai axonilor (foarte numeroase), se ajunge la o capacitate totală de stocare corespunzătoare raportului valoric dintre ritmul de sinteză şi de eliberare a neurotransmiŃătorilor. Încât, totalitatea veziculelor din

54

butonii terminali, conŃinând produşii de neurosecreŃie, poate fi considerată ca o formă particulară de organizare a aparatului Golgi, pe lângă cel propriu-zis existent în corpul celular al neuronului.

Ca organit celular implicat în mişcările cromozomiale din timpul diviziunii, centrozomul lipseşte din neuronul omului adult întrucât acesta nu se mai divide. Nu se mai divide nu pentru că este neuron – la multe organisme adulte aparŃinând speciei animale din clase diferite, ca şi la om până la o anumită vârstă în dezvoltarea ontogenetică, neuronii se divid –, ci pentru că este neuron integrat într-un sistem de mare complexitate, în funcŃionarea căruia diviziunea – ca fenomen grav pentru celulă – ar produce numeroase şi profunde consecinŃe negative în planul funcŃional general al organismului. Deducem de aici că însuşirea de a se divide este pierdută de neuron pe parcursul evoluŃiei, progresiv şi paralel cu complexificarea modalităŃilor de integrare neurală şi în paralel cu taxonomia filogenetică a organismelor. Pierderea capacităŃii de diviziune este compensată de un permanent şi rapid turnover al tuturor componentelor neuronale.

III.2. Mecanisme implicate în asigurarea excitabilităŃii neuronului

Specificitatea acestor mecanisme nu trebuie înŃeleasă în sensul existenŃei lor exclusiv la nivelul neuronului, ci în acela al dezvoltării şi diversificării lor la acest nivel, al ponderii ce o deŃin în realizarea excitabilităŃii celei mai ridicate şi a sintezei şi eliberării cuantificate a neurotransmiŃătorilor, neuromodulatorilor şi neurohormonilor.

III. 2.1. Pompe ionice

Pentru existenŃa oricărei celule ca sistem termodinamic deschis este necesară întreŃinerea în timp a asimetriei de distribuŃie a ionilor de o parte şi de alta a membranei periplasmatice prin păstrarea la valori cvasiconstante a concentraŃiilor acestora în interior (homeostazie). Această asimetrie necesară vieŃii generează gradienŃi electrochimici ce devin efectivi în momentele în care se deschid canalele ionice. MenŃinerea în timp a homeostaziei ionice nu este posibilă decât fie renunŃând la canalele ionice, fie refăcând asimetria prin pomparea ionilor împotriva propriilor gradienŃi electrochimici. Cum prima soluŃie este exclusă de însăşi calitatea de sistem deschis a celulei, rămâne operantă cea de-a doua. Pompele ionice sunt, deci, mecanisme a căror finalitate este homeostazia ionică, aceasta însemnând menŃinerea în citoplasmă a unor concentraŃii reduse pentru Na+ şi Ca2+ şi crescute pentru K+, Mg2+. Există pompe şi pentru alŃi ioni dar acestea nu au o implicaŃie directă în integrarea neurală

55

III. 2.1.1. Pompa de Na+-K+

Transportorul deŃine cinci situsuri de complexare a ionilor: două pentru K+ şi trei pentru Na+ (fig. 23).

La faŃa externă a membranei, în prezenŃa unei enzime specifice (E1),

transportorul complexează doi ioni K+. Complexul organometalic astfel format se deplasează la faŃa internă a membranei unde, în prezenŃa unei alte enzime (E2), pierde afinitatea pentru ionul K+ pe care îl eliberează în citoplasmă.

Sub influenŃa aceleiaşi enzime (E2) transportorul formează un alt complex organometalic prin legarea a trei ioni Na+ din citoplasmă pe care îi va deplasa la faŃa externă eliberându-i în lichidul interstiŃial, după care ciclul se reia (fig. 24). Deplasând cei doi ioni împotriva gradienŃilor electrochimici acest mecanism a primit numele de pompă de Na+ - K+.

Fig. 23 ConfiguraŃia ipotetică a transportorului comun pentru Na+ şi K+

Fig. 24 Mecanismul pompei de Na+-K+

56

Pompajul ionic cu stoichiometria de 3 Na+ pentru 2 K+ generează trei consecinŃe majore: a) reface şi menŃine homeostazia ionică, necesară proceselor metabolice, caracterizată de concentraŃii citoplasmatice sporită pentru K+ şi redusă pentru Na+ (asimetria ionică); b) încărcarea electrică a „condensatorului” membranar ca urmare a faptului că scoaterea din citoplasmă a trei sarcini electrice pozitive – purtate de Na+ – şi readucerea în citoplasmă a două sarcini electropozitive – purtate de K+ – echivalează, în fapt, cu expulzarea unei sarcini pozitive la fiecare ciclu de transport, lăsând în citoplasmă o sarcină negativă liberă – purtată de macromoleculele amfolite şi c) acumularea unei importante energii potenŃiale reprezentate de gradientul chimic al Na+ orientat spre interior [Na+]e= 440 mM/[Na+]i = 50 mM). Asupra acestor probleme vom reveni la analiza mecanismului excitabilităŃii.

Transportul activ de Na+ şi K+ se realizează cu consum de energie chimică eliberată de ATP sub acŃiunea adenozintrifosfatazei, enzimă a cărei activitate este intensificată atunci când, faŃă de valorile normale, creşte concentraŃia Na+ şi/sau cade concentraŃia K+ în citoplasmă, şi redusă de modificările în sens invers ale concentraŃiilor aceloraşi ioni. Din acest motiv enzima responsabilă de transportul activ al celor doi ioni se numeşte ATP-aza Na+-K+ dependentă, ea fiind diferită calitativ de ATP-azele activate de alŃi ioni (Ca2, Mg2+ etc.).

Pompa de Na+-K+ fiind un mecanism în care sunt implicate procese enzimatice, macromolecule şi transferuri energetice, prezintă o activitate a cărei desfăşurare se caracterizează printr-o anumită inerŃie, în sensul că trecerea de la un nivel funcŃional la altul atât în sensul creşterii, cât şi al descreşterii intensităŃii de transport, implică un anume consum de timp. Ca urmare, intensificarea activităŃii pompei, comparativ cu nivelul de repaus, sub influenŃa creşterii concentraŃiei citoplasmatice a Na+, se realizează progresiv şi relativ lent, ca şi reducerea ei atunci când concentraŃia Na+ scade, ca urmare a pompajului, la normal. Aceasta este inerŃia metabolică a oricărei pompe. Deşi apare ca un dezavantaj pentru celulă, ceea ce şi este în plan metabolic, această inerŃie a pompei se dovedeşte a fi de mare utilitate în planul excitabilităŃii (a se vedea paragraful respectiv). Tripla finalitate a pompei nu trebuie să ducă la concluzia greşită că activitatea în sine a acestui mecanism ar fi trimodală, în sensul existenŃei unei disjuncŃii între trei roluri diferite. Pompa de Na+-K+ are o activitate unimodală, cele trei tipuri de laturi nu sunt echivalente pentru celula nervoasă, ci ele se ierarhizează pe baza criteriului importanŃei. Toate trei laturile condiŃionează viaŃa neuronului ca element component al sistemului integrator, dar în măsură diferită, primordială fiind, totuşi, latura homeostazică întrucât de ea depinde în mod direct metabolismul ca bază a existenŃei şi funcŃionării celulei. De altfel, activitatea enzimei principale a acestui mecanism –

57

ATP-aza – este dependentă de concentraŃiile citoplasmatice ale Na+ şi K+ şi nu de voltajul membranar sau gradientul de Na+. Pe de altă parte, însuşi voltajul şi gradientul de Na+ sunt, în ultimă analiză, două aspecte particulare ale aceleiaşi homeostazii generale a celulei.

III. 2.1.2. Pompa de Ca2+

ImportanŃa ionului de Ca2+ în organism este deosebită, el fiind implicat, după cum vom vedea, în cele mai diverse procese fiziologice. Din acest motiv homeostazia calciului atât la nivel citoplasmatic, cât şi plasmatic şi interstiŃial, beneficiază de cele mai prompte şi eficiente mecanisme de întreŃinere.

În spaŃiul citoplasmatic al neuronului concentraŃia ionului Ca2+ trebuie menŃinută la un nivel redus în condiŃiile în care din exterior el pătrunde pasiv prin canale proprii. Din acest motiv pompa de Ca2+ este un mecanism activ de extruzie a acestui ion. Principial, pompa de Ca2+, are aceeaşi schemă de funcŃionare cu cea de Na+-K+ (vezi fig. 19). Adenozintrifosfataza este dependentă de concentraŃia internă a Ca2+, activitatea ei fiind intensificată de creşterea acesteia şi invers. Transportorul prezintă situsuri doar pentru calciu. Homeostazia calciului la nivel celular rezultă din armonizarea transportului activ spre exterior, realizat de pompă şi mişcarea pasivă spre interior realizată la nivelul canalelor specifice atunci când acestea sunt active (deschise). Cum însă închiderea canalelor este un proces activ, chiar dacă unul indirect activ, homeostazia calciului la nivel celular este controlată nu numai de activitatea pompei specifice, ci şi de mecanismul ce asigură închiderea (inactivarea) canalelor proprii.

III. 2.2. Mecanismul de schimb antiport Na+/H+

În ultima analiză, celula este, în plan energetic, un „motor cu hidrogen”! Pentru oricare dintre activităŃile sale consumatoare de energie – sinteze, transport activ, pompe ionice, contracŃie etc. – celula dispune de o singură sursă directă: ATP. Aceasta întrucât prin ruperea enzimatică a unei legături fosfat din ATP se eliberează o cuantă de energie chimică de valoare mare (legături fosfat macroergice) necesară şi suficientă amorsării proceselor active din celulă. Toate celelalte substanŃe eliberează, într-un mod sau altul, cuante mici de energie (legături microergice), insuficiente activităŃii celulei.

Utilizarea energiei eliberată din ATP, conform reacŃiei globale:

EPADPATP azaATP ++ → −→ proces activ [1]

58

duce progresiv la epuizarea sursei şi la moartea celulei prin colaps energetic. De aceea ATP-ul trebuie resintetizat printr-un proces invers, consumator de energie, conform reacŃiei:

ATPE

ăFosforilazPADP

1

→+

+ [2]

Resinteza ATP-ului ridică doar problema sursei pentru energia E1, întrucât adenozindifosfatul (ADP) şi fosfatul (P) sunt reutilizabili, iar enzima (fosforlaza) poate fi sintetizată de celulă. Această sursă este reprezentată de substanŃele organice exogene (luate din mediu sub formă de hrană): proteine, lipide şi glucide care, din acest unghi de privire, nu sunt decât decât „rezervoare de hidrogen”. Prin procese enzimatice complexe acestea ajung la un termen final comun – acidul piruvic – a cărui moleculă conŃine carbon, oxigen şi hidrogen. Sub acŃiunea enzimei, numită dehidrogeneză, acidul piruvic pune în libertate hidrogenul şi un rest molecular conform reacŃiei simplificate:

Acid piruvic → CO2 + H [3]

Atomul de hidrogen este activat la forma ionică prin pierderea

electronului unic ( )+−→−

HH e şi combinat cu oxigenul venit din interstiŃiu (oxigen respirator) şi el activat la rândul lui. Rezultatul oxidării hidrogenului (proces numit ardere) este eliberarea de energie şi formarea unei molecule de apă. Această energie reprezintă însă o cuantă mică, insuficientă ca atare pentru refacerea ATP-ului. De aceea, prin procese complexe, la nivelul mitocondriei se „sumează” mai multe asemenea cuante mici până când suma lor atinge valoarea optimă (E1 cuantă mare) necesară şi suficientă legării fosfatului de adenozindifosfat (reacŃia (2)). Întrucât legarea fosfatului de adenozindifosfat este, în fapt, un proces de fosforilare şi întrucât energia necesară acestui proces se obŃine dintr-un proces de oxidare (a hidrogenului) se spune că refacerea adeno-zintrifosfatului (ATP) este rezultatul unei fosforilări oxidative. Pe aceasta se bazează caracterizarea mitocondriei ca „microcentrală energetică” a celulei, la nivelul căreia au loc fosforilări oxidative.

Acest excurs în problema energeticii celulare a fost obligatoriu pentru a putea înŃelege necesitatea existenŃei unui mecanism de scoatere din celulă a ionilor H+. Problema acestei necesităŃi este ceva mai complexă decât pare la o primă şi succintă analiză. De vreme ce prezenŃa mecanismului de extruzie a protonului este o necesitate pentru celulă,

59

înseamnă că există o cauză care determină generarea lui în exces. Pericolul reprezentat de acumularea ionilor H+ vizează homeostazia acido-bazică, cu tot cortegiul ei de consecinŃe. Acidifierea produsă prin creşterea peste limită a concentraŃiei ionilor H+ ar duce la inhibarea unor enzime şi la stimularea altora, la accentuarea caracterului bazic al substanŃelor amfolite (proteinele) şi schimbarea reactivităŃii lor biochi-mice, la schimbarea gradului de disociere chimică a compuşilor solvaŃi în apa plasmatică etc. FaŃă de toate aceste consecinŃe negative celula se apără prin antiportul Na+/H+. Dar care este motivul pentru care evoluŃia nu a dus la apariŃia unei modalităŃi de echilibrare între „producerea” ionilor H+, prin dehidrogenare enzimatică şi „consumul” acestora prin oxidare? Este, oare, o imperfecŃiune a Naturii? Credem că nu! Cel mai probabil, cauza acestui fenomen trebuie căutată prin abordarea problemei dintr-un unghi. Finalitatea generării protonului este combinarea lui cu oxigenul respirator în scopul obŃinerii energiei. Dacă producŃia de protoni ar fi mai redusă, atunci s-ar naşte un pericol mult mai mare: acumularea în exces a oxigenului la nivelul celulei (în apa citoplasmei, în endo- şi exomembrane, în carioplasmă etc.). Oxigenul aflat în exces sporeşte posibilitatea generării, în diferite moduri, a radicalilor liberi ai oxigenului (care au un orbital ocupat de un singur electron). Radicalii liberi ai oxigenului sunt extrem de periculoşi pentru sistemul viu întrucât declanşează reacŃii în lanŃ de formare de noi radicali liberi (inclusiv organici) din chiar formaŃiunile celulare, ducând la distrugerea completă a acestora într-un interval de timp foarte scurt (minute). Astfel, aparenta imperfecŃiune a balanŃei hidrogen – oxigen, înclinată în favoarea celei dintâi, poate fi considerată o modalitate eficientă de apărare împotriva pericolului reprezentat de apariŃia radicalilor liberi ai oxigenului.

Pentru ca ionii H+1 să poată fi expulzaŃi din celulă se foloseşte energia potenŃială reprezentată de gradientul de concentraŃie al Na+ (Na+ ext. = 440 mM, iar Na+ int. = 50 mM) care astfel dinamizează antiportul. Pentru a înŃelege acest mecanism vom compara antiportul cu o roată cu palete al cărei ax este paralel cu suprafaŃa membranei celulare. Punerea în mişcare a roŃii este posibilă numai prin acŃiunea concomitentă şi în sensuri opuse a două forŃe asupra paletelor situate diametral simetric (fig.25). ForŃa principală o reprezintă gradientul ionilor Na+ care tind să intre în celulă, iar cea de-a doua, gradientul ionilor H+ care tind să iasă din celulă. Prin mobilizarea „roŃii cu

_____________ 1 Protonul este extrem de activ şi de aceea el nu poate exista liber în

soluŃii apoase, ci sub formă de ion hidroniu H3O+ .

60

palete” ionii de Na+ pătrund în celulă, iar ionii H+ ies la exterior. În extruzia protonului se cheltuieşte direct energia gradientului de concentraŃie al Na+ şi nu energia metabolică (ATP), motiv pentru care antiportul Na+/H+ este un mecanism pasiv. În realitate însă, întrucât gradientul de Na+ a fost realizat de pompa de Na+-K+ cu consum de ATP, antiportul este un mecanism indirect activ (transport activ de ordinul II)

Soarta celor doi ioni transferaŃi prin mecanismul antiport este diferită. Ionii Na+ pătrunşi în celulă vor fi expulzaŃi din nou la exterior de pompa Na+-K+ activată de prezenŃa lor în exces faŃă de cerinŃele homeostazice, iar ionii H+, expulzaŃi din celulă, vor rămâne, în cea mai mare parte, ataşaŃi electrostatic de faŃa externă a membranei (forŃa electrostatică ce îi reŃine provine atât de la grupările hidrofile externe ale membranei, cât şi de la electronegativitatea internă a celulei polarizate).

III. 2.3. Sisteme enzimatice la nivelul membranei neuronale

La nivelul membranei periplasmatice există un bogat echipament enzimatic cu diverse roluri în metabolismul şi funcŃionarea specifică a neuronului. Pe lângă acŃiunile individuale asupra anumitor substanŃe, enzimele membranale au largi diponibi-lităŃi de interacŃiune atât reciprocă, cât şi cu enzimele citoplasmatice, formând un ansamblu catalitic unitar pe întreaga celulă. În cadrul acestuia se pot distinge sisteme enzimatice ca entităŃi catalitice legate de un aspect sau altul al metabolismului sau funcŃiilor specifice îndeplinite de neuron.

Fig. 25 Mecanismul antiport Na+/H+

61

III. 2.3.1. Sistemul enzimatic energetic (ATP-azele)

Există, după cum am văzut, un sistem enzimatic implicat în asigurarea energiei la nivelul membranei aşa cum este sistemul adenozin-trifosfatazelor. Toate aceste enzime sunt unitare atât prin substratul lor comun ATP-ul, cât şi prin rezultatul lor comun – eliberarea de energie. Ceea ce le diversifică, în interiorul ansamblului unitar, este destinaŃia diferită a energiei eliberate din ATP în raport de care activitatea catalitică a fiecărei adenozintrifosfataze este dependentă de un alt parametru citoplasmatic: concentraŃia Na+ şi a K+, concentraŃia Ca2+, a Mg2+, a H+ precum şi concentraŃiile nutrienŃilor (aminoacizi, acizi graşi, monozaharide) sau ale unor cataboliŃi cu moleculă mare. Deducem astfel că sistemul ATP-azelor poate fi considerat şi ca un sistem enzimatic de întreŃinere a homeostaziei, toate schimburile celulare active având această finalitate. Dar mai corectă este considerarea ATP-azelor în sistemul enzimatic energetic deoarece în membranele multor celule, inclusiv ale celor neuronale (sau în intimitatea lor) există proteine contractile (de tip actomiozinic) care necesită energie în procesul scurtării (contracŃie localizată, slabă cu destinaŃie multiplă).

III. 2.3.2. Sistemul enzimatic de comunicare

InterrelaŃiile enzimatice la nivelul membranei periplasmatice fac dificil ă departajarea între diversele categorii doar în baza acŃiunii lor principale. Astfel, cel puŃin o parte din cele ce compun sistemul energetic, aşa cum sunt ATP-azele Na+K+ şi Ca2+ dependente, participând la realizarea potenŃialului electric de membrană – în baza căruia se asigură excitabilitatea –, pot fi încadrate şi în sistemul enzimatic de comunicare. Totuşi, păstrând acelaşi criteriu al acŃiunii principale, în acest sistem vom introduce doar acele enzime care catalizează procese implicate direct în comunicare, nu şi pe cele ce asigură eliberarea energiei necesare acestora. Deşi sunt mai multe sisteme de enzime de acest tip ne vom opri, pe scurt, asupra a două dintre ele, a căror importanŃă o considerăm a fi mai mare. Este vorba de sistemele adenilatciclazei şi fosfatidilinozitolkinazei de la nivelul membranei neuronale şi a altor celule implicate în comunicare atât prin intermediul neurotransmiŃătorilor şi stimulilor electrici, cât şi al neuromodoulatorilor şi al hormonilor.

III. 2.3.2.1- Sistemul adenilatciclazei

La polul de intrare al neuronului mesagerii de ordinul I (neurotransmiŃătorii, curentul electric, neuromodulatorii şi hormonii)

62

determină reglarea, direct sau indirect, a unui important proces enzimatic: fosforilarea şi defosforilarea anumitor proteine specifice. AcŃiunea unor mesageri de ordinul I constă în stimularea fosforilării, iar a altora în stimularea defosforilării, din jocul cantitativ-calitativ al lor rezultând procesul adecvării acŃiunii fiziologice. SecvenŃele acestor procese sunt redate sumar în fig. 26.

Legarea mesagerului chimic de receptorul specific, ori acŃiunea curentului electric, determină activarea adenilatciclazei ca primă şi majoră secvenŃă a lanŃului de reacŃii ce vor urma.

Fig. 26 Sistemul adenilatciclazei şi activitatea fiziologică.

mg I – mesageri de ordinul întâi; mg II – mesageri de ordinul al doilea; NT – neurotransmiŃător; H – hormon; R – receptor Sub acŃiunea adenilatciclazei ATP-ul este transformat în AMPc

(adenozinmonofosfatul ciclic). Dacă este implicat GTP-ul, va lua naştere GMPc (guanozinmonofosfatul ciclic). În alte cazuri (sau paralel cu

63

producerea AMPc şi GMPc) mesagerul de ordinul I determină (şi) eliberarea ionului Ca2+ de la faŃa internă a membranei. AMPc, GMPc şi Ca2+ îndeplinesc rolul de mesageri de ordinul II, ei activând una din cele două enzime, fie proteinkinaza A – care catalizează reacŃia de fosforilare a proteinelor specifice, fie proteinfosfataza – care catalizează defosforilarea acestora. În unele cazuri mesagerul de ordinul I, aşa cum este insulina, activează direct proteinkinaza fără participarea mesagerului de ordinul II. În neuroni, în general, pare să existe un singur tip de proteinkinază stimulată de AMPc, un singur tip de proteinkinază stimulată de GMPc şi mai multe proteikinaze stimulate de Ca2+. Proteinfosfatazele neuronale – care catalizează defosforilarea – sunt mai numeroase şi activitatea lor este stimulată sau inhibată tot de unul dintre mesagerii de ordinul II, însă altul decât cel ce a stimulat proteinkinaza.

Proteinele specifice (masă de 20 000 daltoni) ce pot fi fosforilate de proteinkinazele A dependente de AMPc, GMPc şi Ca2+ sunt foarte diferite şi numeroase (peste 70 la nivelul neuronilor), ceea ce explică marea varietate a efectelor în plan funcŃional. Ele pot fi proteine-canal, proteine-receptor, proteine-transportor sau proteine-enzime, fiecare categorie cuprinzând mai multe tipuri. Pentru exemplificare, receptorii nicotinici ai acetilcolinei sunt de mai multe tipuri (alfa, beta, gama etc.) tocmai întrucât fosforilarea lor, prin care sunt activaŃi, este produsă, pentru unii, de proteinkinaza dependentă de AMPc, pentru alŃii de cea dependentă de Ca2+ sau GMPc. Fosforilarea unora sau altora dintre receptori conduce la efecte diferite. În mod similar trebuie gândită şi diversitatea canalelor ionice care, în cele mai multe cazuri, par a fi ele însele şi receptori pentru anumiŃi mesageri de ordinul I: acetilcolină, adrenalină, serotonină, dopamină etc. Chiar şi eliberarea neurotransmiŃătorilor (sau a altor mesageri) este reglată prin fosforilarea şi desfosforilarea proteinelor specifice care asigură ataşarea veziculelor de faŃa internă a membranei butonale. Sunt atât de numeroase implicaŃiile fosforilării proteinelor specifice, încât se poate considera că acest proces mijloceşte cvasitotalitatea activităŃilor fiziologice de la nivelul neuronilor, ca o cale finală comună angajată în moduri diferite şi determinând consecinŃe diferite. În aceste modalităŃi celula răspunde prin activităŃi fiziologice specifice la acŃiunea stimulilor.

III. 2.3.2.2. Sistemul fosfatidilinozitolkinazei

Acest al doilea mare sistem enzimatic cu origine membranară determină, în cele din urmă, tot fosforilarea proteinelor specifice, însă altele decât cele din sistemul adenilatciclazei. Schema sistemului este redată în fig. 27.

64

Numeroase semnale extracelulare (neurotransmiŃători, stimuli electrici, modulatori şi hormoni) determină activarea enzimei fosfati-dilinozitolkinazei care degradează fosfolipidul (fosforilat) din membrană, degradare în urma căreia rezultă două consecinŃe : eliberarea de Ca2+ din stocul membranar şi formarea de diacilglicerol.

Atât Ca2+, cât şi diacilglicerolul, dar pe căi şi modalităŃi separate şi paralele, activează o altă categorie de enzime de fosforilare a proteinelor specifice şi anume, proteinkinazele C. Acestea din urmă vor cataliza reacŃia de fosforilare a unui alt tip de proteine specifice decât cele din sistemul adenilatciclazei, cu masa de 40 000 daltoni. Defosforilarea este produsă de proteinfosfataze ce pot fi activate, cel mai probabil, de mesagerii de ordinul II din sistemul adenilatciclazei (AMPc, în special). Astfel apare o relaŃie antagonică între cele două sisteme enzimatice, deşi, în unele cazuri, ele se pot manifesta ca sinergice.

Proteinele substrat asupra cărora acŃionează proteinkinazele C sunt

mai puŃin cunoscute la nivelul neuronilor decât cele fosforilate de proteinkinaza A. Multe dintre proteinele acestea (40 K) par a fi localizate la nivelul membranelor presinaptice, pe feŃele lor citoplasmatice.

Cele două proteinkinaze – A şi C – declanşează activităŃi fiziologice diferite prin fosforilarea unor proteine diferite (20 şi 40 K). Cei mai mulŃi neuroni par să deŃină proteine-receptor din ambele categorii, activarea

Fig. 27 Sistemul fosfatidilinozitolkinazei şi activitatea fiziologică. NT – neurotransmiŃător; H – hormon; R – receptor.

65

unora antagonizând activarea celorlalte. Încât, semnalul extern (mesagerul de ordinul I) care induce sistemul fosfatidilinozitolkinazei promovează, în general, funcŃiile celulare, în timp ce semnalul ce induce sistemul adenilatciclazei le antagonizează. Sunt şi cazuri în care, la unele celule (hepatice de exemplu), cele două sisteme sunt agoniste, potenŃându-se unilateral. Nu poate fi exclusă o cooperare – sinergică sau antagonică – între enzimele de fosforilare: proteinkinazele A şi C. Independent de modul concret al acŃiunilor secvenŃiale sistemul fosfatidilinozitolkinazei, ca şi cel al adenilatciclazei, asigură elaborarea răspunsului fiziologic specific la acŃiunea mesagerilor extracelulari permiŃând stabilirea între diversele celule a unor relaŃii acŃionale şi nu pur informaŃionale.

III. 2.4. Sistemul receptor al membranei

Între proteinele ataşate feŃei externe a membranei, cele cu rol de receptor sunt deosebit de importante atât pentru existenŃa, cât şi pentru funcŃionarea neuronului. Ele sunt, de fapt, glicoproteine şi lipoproteine speciale sintetizate în cadrul metabolismului celular şi amplasate în stratul extern al membranei. PorŃiunea externă a receptorului prezintă nu numai situsuri de o înaltă specificitate biochimică, ci şi o configuraŃie spaŃială caracteristică. Încât, pentru ca o substanŃă activă să se poată lega de receptorul membranar, ea trebuie să aibă nu numai o afinitate chimică, ci şi o configuraŃie sterică adecvată acestuia (fig.28).

Tocmai această specificitate stereochimică determină marea varietate

a receptorilor membranari. Membrana neuronală deŃine, ca şi aceea a altor celule, trei categorii de receptori: a) pentru neurotransmiŃători, b) pentru hormoni şi c) pentru neuromodulatori, fiecare categorie fiind formată din mai multe variante.

Receptorii pentru neurotransmiŃători, situaŃi la polul de intrare al neuronilor, sunt reprezentaŃi, se pare, chiar de porŃiunile externe ale proteinelor canal sau de formaŃiuni ataşate acestora. ConsecinŃele principale ale legării neurotransmiŃătorului de receptorul specific sunt: a) deschiderea

Fig. 28 Schema diverselor tipuri sterice de receptori (R) membranari

66

unui anumit tip de canale ionice (de Na+, K+ sau Ca2+) în cazul neurotransmiŃătorilor excitatori, sau închiderea mai fermă a acestora, în cazul celor inhibitori; b) declanşarea uneia sau a ambelor sisteme enzimatice: al adenilatciclazei sau / şi al fosfatidilinozitolkinazei. Varietatea stereochimică a receptorilor membranari este identică cu aceea a mesagerilor chimici, existenŃa unuia dintre aceştia fără un receptor adecvat fiind lipsită de sens.

Receptorii pentru hormoni, distribuiŃi cvasiuniform pe membrana somei neuronale, sunt organizaŃi în mod similar cu precedenŃii şi respectă aceleaşi principii interacŃionale. ConsecinŃa principală a legării hormonului de receptorul specific este eliberarea unui mesager de ordin secund care, influenŃând pozitiv sau negativ anumite echipamente enzimatice (protein-kinazele A şi C), determină una sau alta din activităŃile fiziologice.

Receptorii pentru neuromodulatori, deşi similari cu precedenŃii ca organizare şi principiu interactiv, se deosebesc fundamental de aceştia prin faptul că, în realitate, ei nu servesc declanşării proceselor fiziologice, ci modulării acestora. Uneori această modulare este atât de complexă încât procesul însuşi este proiectat din sfera fiziologicului în aceea a psihologicului. Prin activarea lor sub acŃiunea substanŃelor modulatoare, în general neuropeptide, se asigură procese ca memoria, motivaŃia, afectivitatea, personalitatea chiar (a se vedea mai sus paragraful despre proteinele-receptor ale membranei neuronului şi cel despre neuropeptide).

III. 2.5. Mecanismul de funcŃionare a canalului ionic

Această problemă se reduce, de fapt, la mecanismul închiderii şi deschiderii canalelor de Na+ extrapolându-se, apoi şi la celelalte canale. Există numeroase detalii biochimice cu privire la componentele moleculare ale canalelor ionice, dar, în ceea ce priveşte structura lor, modul cum aceste componente interacŃionează asigurând funcŃionarea ansamblului, lucrurile sunt încă departe de a fi cunoscute, toate explicaŃiile oferite de membranologi fiind bazate pe ipoteze. Faptul că unele din aceste ipoteze conŃin elemente străine logicii biologice se datorează, în mare măsură, abordării pluridisciplinare şi nu interdisciplinare a acestei probleme situată în domeniul microcosmosului celular. Din numeroasele modele explicative vom prezenta doar două: unul, pentru că este mai larg acceptat printre specialişti, celălalt, pentru că este mai aproape de logica fiziologică.

III. 2.5.1. Modelul barierelor (porŃilor)

Pornind de la constatarea că o schimbare în sens pozitiv a voltajului membranar iniŃiază mişcări transmembranare pasive ale ionilor Na+ (şi K+), s-a admis (1952) că activitatea canalelor este controlată de structuri de

67

„poartă” încărcate electric care îşi modifică poziŃia ca răspuns la anumite schimbări în câmpul electric al membranei. Dezvoltările ulterioare ale acestei ipoteze au impus cu necesitate elaborarea unui model al canalului care să corespundă postulatelor acesteia.

În lumenul canalului (fig. 29) ar exista o zonă de selectivitate, reprezentată printr-o „strâmtoare” încărcată electronegativ, care ar admite trecerea ionilor în funcŃie de sarcină (numai cationi) şi de dimensiuni numai Na+, în unele canale şi numai K+, în altele, cei doi ioni având dimensiuni diferite).

În partea inferioară a canalului se dispun două bariere care asigură funcŃionarea propriu-zisă a canalului, una de inactivare şi alta de activare.

Schimbările în poziŃiile barierelor sunt determinate de mişcările

intramembranare ale unor purtători de sarcină, mişcări declanşate de schimbările voltajului membranar. În starea de repaus purtătorii de sarcină intramembranari sunt situaŃi în zona internă a membranei, bariera de inactivare este deschisă, iar cea de activare închisă. Când voltajul membranar devine mai pozitiv, sub influenŃa stimulului, purtătorii de sarcină intramembranari se deplasează spre faŃa externă a membranei, generând mici curenŃi intramembranari spre exterior şi, ca urmare, se deschide bariera de activare, canalul trece în stare deschisă şi devine accesibil ionilor Na+ admişi de filtrul de selectivitate. Influxul ionilor Na+ prin canal generează un curent spre exterior descris de o curbă sigmoidă datorită închiderii progresive a barierei de inactivare, cea de activare rămânând în continuare deschisă. În această fază orice altă variaŃie în sens pozitiv (depolarizant) a voltajului membranar nu se însoŃeşte de un nou flux ionic prin canal, acesta fiind inactivat. Când voltajul membranar se reface (repolarizare), la o anumită valoare a acestuia, purtătorii intramembranari

Fig. 29 Modelul barierelor

(porŃilor) în funcŃionarea canalului ionic

68

de sarcină se deplasează spre faŃa internă a membranei, generând mici curenŃi intramembranari spre interior şi, ca urmare, se deschide bariera de inactivare şi se închide cea de activare, canalul trecând în stare închisă, specifică fazei de repaus.

Remarcăm că cele trei stări ale canalului: închisă, deschisă şi inactivă sunt deduse din mişcările ionice de la nivelul canalului. Este considerat în stare deschisă acel canal prin care curge efectiv un curent ionic. Canalele care nu sunt deschise mişcărilor ionice, dar sunt capabile să se deschidă, sunt numite canale închise. Canalele prin care, deşi nu sunt închise, nu se petrec mişcări ionice sunt în stare inactivată (de exemplu, un canal de Na+ este deschis de o variaŃie în sens depolarizant produsă din exterior şi prin el se scurg ioni specifici; dacă depolarizarea se prelungeşte în timp atunci, deşi canalul încă nu s-a închis, tocmai datorită depolarizării menŃinute, prin el nu se mai scurg ioni, canalul fiind inactivat). Toate canalele trec din starea deschisă în starea inactivă înainte de a se întoarce la starea închisă.

În funcŃie de natura stimulului care determină deschiderea canalelor de Na+ acestea sunt de două categorii: i) voltaj-dependente şi ii) ligand-dependente. Canalele voltaj dependente trec dintr-o stare în alta ca răspuns la variaŃiile căderii de potenŃial dintre cele două feŃe ale membranei neuronului: reducerea acesteia (depolarizare) determină deschiderea, iar creşterea (repolarizarea) – închiderea canalelor de Na+. Cele ligand-dependente trec în starea deschisă ca urmare a legării unui ligand particular – în mod normal un neurotransmiŃător, – şi în starea închisă ca urmare a îndepărtării ligandului. Această modalitate presupune existenŃa unor receptori specifici. Deşi cele două modalităŃi – voltaj şi ligand-dependente – nu se exclud reciproc, – cele mai multe canale folosesc numai una dintre acestea.

III. 2.5.2. Modelul ocluzării (fig. 30)

Acest model are la bază două proprietăŃi ale proteinelor: amfifilia şi capacitatea de a forma complecşi organometalici. Pompa de Na+-K+, în calitate de mecanism homeostazic, asigură atât încărcarea electrică a membranei – prin raportul de schimb 3 Na+/ 2K+ –, cât şi energia (potenŃială) necesară ejectării ionilor H+ – prin mecanismul antiport Na+

/H+. Ionii H+ expulzaŃi din celulă rămân la interfaŃa membrană – interstiŃiu din două motive: sunt atraşi la membrană de electronegativitatea zonei (dată atât de capetele hidrofile ale fosfolipidelor, cât şi de câmpul anionilor organici – A din citoplasmă) şi respinşi, tot spre membrană, de

69

electropozitivitatea ionilor Na+ cantonaŃi în zona interstiŃială adiacentă, întrucât protonii sunt ejectaŃi numai după scoaterea ionilor de Na+ şi cu concurenŃa acesteia.

Fig. 30 Modelul ocluzării în funcŃionarea canalului ionic

Capetele externe ale proteinei canal (gura externă a canalului), din cauza densităŃii mari a ionilor de H+ (pH – acid), vor dobândi un comportament bazic şi, în această stare, vor manifesta o puternică afinitate pentru ionul Ca2+ din exterior, ion metalic cu un pronunŃat caracter acid. Ionul Ca2+ poate oferi spre ligandare cu proteinele două până la şase legături coordinative. Punctele active ale subunităŃilor proteice oferite spre ligandare fiind dispuse pe marginea internă a gurii canalului, legarea ionului Ca2+ va duce la ocluzarea acesteia, întocmai ca aşezarea pe ea a unui „capac”. Tăria legăturilor dintre Ca2+ şi liganzii proteici, prin care se decide stabilitatea complexului organometalic format, depinde, în primul rând, de tăria cu care se manifestă caracterul bazic al proteinei canal. Cum, însă, caracterul bazic al proteinei este funcŃie de densitatea ionilor H+ de la faŃa externă a membranei, iar densitatea acestora este determinată de gradientul de Na+ generat de pompă, se poate afirma că nu numai formarea, ci şi stabilitatea complecşilor organometalici formaŃi la gura canalului depind de activitatea pompei de Na+-K+.

Dacă închiderea canalului ionic prin ocluzare este condiŃionată de caracterul bazic al proteinelor, atunci deschiderea lui va fi posibilă, în primul rând, prin anularea acestui caracter care se poate realiza fie direct prin înlăturarea cauzei care l-a determinat ( a ionilor H+), fie indirect prin

70

mascarea chimică a punctelor de ligandare (acŃiunea unor substanŃe active cum sunt neurotransmiŃătorii). Atât timp cât proteina va avea un caracter neutru sau acid (pH bazic la exterior), complexarea Ca2+ nu este posibilă, canalul rămânând neocluzat, indiferent dacă prin el se scurg curenŃi ionici (canal deschis) sau nu (canal aşa-zis inactivat), scurgerea acestora datorându-se exclusiv gradienŃilor electrochimici şi nu unor restricŃii impuse de canalul în sine.

Redăm secvenŃial întreaga această procesualitate: – pompa de Na+-K+ generează gradientul de Na+ şi asigură

funcŃionarea antiportului Na+ /H+; – Tapetând faŃa externă a membranei ionii H+ determină caracterul

bazic al proteinelor; – ionul Ca2+ din exterior se leagă de 2-6 liganzi proteici şi astfel

ocluzează gura externă a canalului ionic (canal în stare închisă); – în funcŃie de tăria caracterului bazic al proteinei canalul poate fi

închis mai mult sau mai puŃin ferm (mai multe stări închise); – stimulul – electric sau chimic – anulează caracterul bazic al

proteinelor ducând la desfacerea complexului şi degajarea gurii canalului (canal în stare deschisă);

– câtă vreme proteina nu revine la comportamentul ei bazic de o anumită tărie complexarea Ca2+ nu este posibilă, canalul rămânând deschis chiar dacă prin el nu mai trec curenŃi ionici (canal în stare aşa-zisă inactivă);

– revenirea caracterului bazic la normal asigură refacerea complexului organometalic şi reînchiderea canalului prin ocluzare.

Observăm că, în conformitate cu acest model, canalul ionic nu funcŃionează ca un sistem binar, ci el poate avea o stare deschisă şi, practic, o infinitate de stări închise, în funcŃie de cât este de stabil complexul organometalic deci, în funcŃie de gradul de fermitate a închiderii. Pe această bază poate fi mai bine înŃeleasă acŃiunea extrem de nuanŃată a diverşilor neuromodulatori, ca şi a altor factori de influenŃă. În ceea ce priveşte aşa-zisa stare inactivă, definită de absenŃa curentului ionic la nivelul unui canal deschis, considerăm că denumirea este nu numai improprie, ci şi derutantă. Există, într-adevăr etape în desfăşurarea potenŃialului de acŃiune în care printr-un canal încă deschis nu trec curenŃi ionici, dar acest fapt nu este datorat vreunei proprietăŃi a canalului, ci gradienŃilor electrochimici care generează fluxurile ionice şi a căror valoare s-a anulat tocmai datorită realizării acestor fluxuri.1

_____________ 1 În cele ce urmează din materialul de faŃă ne vom folosi în explicaŃii

de modelul ocluzării.

71

III. 2.6. Mecanisme implicate în realizarea secreŃiei neuronale

SecreŃia este o funcŃie comună tuturor neuronilor întrucât ei reprezintă elemente componente ale unui sistem de integrare în care comunicarea interelementară se face prin mesageri chimici. La apariŃia lor în procesul evoluŃiei neuronii găsesc în organism modalitatea chimică de integrare cu care sunt obligaŃi nu doar să convieŃuiască, ci să şi conlucreze. Efectorii din organism, la acel moment, nu cunoşteau decât limbajul chimic încât, pentru a putea comunica cu ei, neuronii au fost obligaŃi să şi-l însuşească şi să îl utilizeze chiar şi în relaŃiile dintre ei. Modalitatea electrică, superioară celei chimice, a rămas să asigure procesele fine şi complexe ale receptării discrete, conducerii rapide, stocării şi prelucrării eficiente ale semnalelor. Modalitatea chimică, rezervată strict comunicării la interfeŃe (neuron-neuron, neuron-efector), a fost îmbunătăŃită atât printr-o largă diversificare moleculară a mesagerilor, cât şi printr-o accentuată cuantificare a eliberării lor.

SecreŃia ca funcŃie celulară este destinată întregului. Ca proces, secreŃia cuprinde trei faze: a) sinteza produsului; b) stocarea temporară şi c) eliberarea. NeurotransmiŃătorii, sau mesagerii chimici de comunicare la interfeŃe, sunt sintetizaŃi la nivelul ergastoplasmei care este bine dezvoltată în neuroni (corpii Nissl), trădând o productivitate ridicată. Faptul că neuronul are polul de ieşire a mesagerilor la distanŃă mare de locul de sinteză (uneori peste 1 m), depozitarea nu se poate face în corpul celular decât parŃial, motiv pentru care dezvoltarea aparatului Golgi nu este pe măsura capacităŃii de sinteză, rolul acestuia fiind luat de ansamblul vezicular butonal, dispus chiar la locul de eliberare. Transportul produsului de la corpul celular la butonul terminal este facilitat de neurofibrilele axonale în lungul cărora acestea sunt purtate cu o viteză superioară altor modalităŃi (difuzia), similar unui transport „pe cablu” la nivelul căruia se utilizează, cel mai probabil, energia electrostatică. Neurofibrilele dispuse în mănunchi în lungul axonului, la nivelul butonului terminal se curbează formând o buclă. Eliberarea neurotransmiŃătorului din vezicule se face prin exocitoză, proces în care rolul membranei este esenŃial.

În starea de repaus membrana butonului terminal, având canalele ionice închise, este încărcată electronegativ pe faŃa internă. Membrana veziculelor cu neurotransmiŃători este şi ea încărcată electronegativ pe faŃa dinspre citoplasmă. Ca urmare, veziculele vor fi Ńinute la distanŃă de membrana butonului, prin respingere electrostatică (fig. 31A). În momentul depolarizării membranei butonale, faŃa citoplasmatică a acesteia devine, pentru scurt timp, electropozitivă şi atrage electrostatic veziculele electronegative (fig. 31 B). Întrucât depolarizarea s-a realizat ca urmare a

72

deschiderii tuturor canalelor ionice, pe lângă influxul de Na+ va avea loc şi un flux de Ca2+. PrezenŃa aici a ionului de Ca2+ determină două consecinŃe majore: i) activarea proteinkinazei C care va produce fosforilarea a două proteine aflate pe feŃele citoplasmatice ale membranei butonale (proteina F) respectiv membranei veziculare (sinapsina I) şi ii) ligandarea celor două proteine şi fixarea astfel a veziculei la membrana presinaptică, permiŃând deschiderea spre fantă a veziculei prin reorganizarea fosfolipidelor membranare (fig. 31 C şi D).

Fig. 31 (A, B, C, D)

Mecanismul exocitozei în eliberarea neurotransmiŃătorilor În planul funcŃiei secretorii neuronii manifestă o mare plasticitate.

Majoritatea neuronilor sintetizează şi eliberează un mesager principal şi, în funcŃie de anumite circumstanŃe, unul sau mau mulŃi produşi secundari, de regulă neuropeptide (chiar şi unii dintre mesagerii principali sunt de natură peptidică). Din acest motiv, clasificarea neuronilor în adrenergici, colinergici, serotoninergici etc. este relativă ea vizând doar mesagerul principal. Plasticitatea în planul secreŃiei se manifestă mai pregnant prin modificări periodice ale sintezei şi eliberării, constituind ritmurile nictemeral, circadian, selenar, sezonier, precum şi modificări corelate cu vârsta individului. În toate aceste modificări sunt implicate relaŃiile specifice dintre echipamentele enzimatice şi dintre mecanismele lor de activare-inactivare. Plasticitatea secretorie se manifestă şi în spaŃiu, nu numai în timp, diversele regiuni ale axului cerebrospinal având un anume specific secretor, astfel încât se poate vorbi de o topografie biochimică a sistemului în ansamblul său.

NeurotransmiŃătorii secretaŃi şi eliberaŃi de neuroni prezintă o mare diversitate biochimică. Pe lângă cei „tradiŃionali” (acetilcolina, adrenalina, serotonina), au fost identificaŃi peste 50 de neurotransmiŃători: amine,

73

purine, peptide, aminoacizi. Având capacitatea de a produce mai mulŃi mesageri chimici, neuronul poate răspunde la acŃiunea stimulilor şi prin schimbarea expresiei biochimice, deci calitativ şi nu numai prin modificarea cantitativă a unui singur neurotransmiŃător. Pare a nu fi exclusă posibilitatea ca un neuron (în special din cortexul cerebral) să îşi schimbe neurotransmiŃătorul excitator în unul inhibitor.

III. 3. Procese electroionice la nivelul membranei neuronale

În starea de repaus a neuronului, prin distribuirea asimetrică cu consum energetic a ionilor Na+ şi K+, se acumulează o importantă energie potenŃială în forma gradienŃilor electrochimici. AcŃiunea oricărui excitant constă în deschiderea canalelor ionice şi, prin aceasta, în actualizarea energiei potenŃiale în energie cinetică (difuzională). Prin canalele astfel deschise vor avea loc fluxurile ionice în baza gradienŃilor chimic şi electric, deci un transport de sarcină (curenŃi electroionici). În acest mod neuronul trece din starea sa de repaus în stare de activitate electroionică. Prin gravitatea afectării homeostaziei intracelulare, ca urmare a acestor fluxuri, trecerea în stare de activitate a neuronului devine obligatorie, întrucât ştergerea asimetriei de distribuŃie a ionilor de Na+ şi K+ are semnificaŃia unui prim pas spre moartea celulei.

III. 3.1. Geneza şi întreŃinerea potenŃialului membranar de repaus (fluxurile ionice active)

La nivelul citoplasmei neuronilor substanŃele amfoilite (proteinele) sunt încărcate electric negativ (anioni) din cauza valorii ph-ului. Ionii pozitivi (cationi) de Na+ şi K+ prezenŃi în citoplasmă se cuplează electrostatic cu anionii organici.

(A) neutralizându-se reciproc (C+A-) (fig.32). Anionii organici (A-) sunt, însă, mult mai numeroşi.

Pompa de Na+-K+, prin stoichiometria ei de schimb de 3 Na+ pentru 2 K+, elimină o particulă pozitivă (Na+), la fiecare ciclu, lăsând în citoplasmă un anion organic (A-). Ionii K+ introduşi în citoplasmă sunt anulaŃi electrostatic de alŃi anioni organici, astfel încât contribuŃia lor este, în această fază, nulă din punct de vedere electric. În consecinŃă, la faŃa externă a membranei se acumulează sarcini pozitive (Na+) iar la faŃa internă sarcini negative (A-). În acelaşi timp, pompa asigură activitatea antiportului Na+/H+ şi, implicit, închiderea canalelor prin complexarea Ca2+ la gura lor externă (ocluzare). În această stare membrana are o cădere de potenŃial pe cele două feŃe de 60-80 mv, faŃa internă fiind negativă (A-) iar cea externă

74

pozitivă (Na+) (în faŃa valorii voltajului membranar se trece, întotdeauna, semnul sarcinii aflată în acel moment la interior: -60; -80 mV).

Fig. 32 Geneza şi menŃinerea potenŃialului membranar de repaus

Sarcinile de semn contrar aflate de o parte şi de alta a membranei se

atrag reciproc, tinzând să se deplaseze prin membrană. Ionii Na+ nu pot traversa membrana spre interior nici la nivelul matricei fosfolipidice, datorită hidrofobicităŃii ei, nici la nivelul canalelor de Na+, datorită ocluzării lor (stare închisă). Anionii organici (A-) hidrofili nu pot nici ei traversa membrana spre exterior nici la nivelul matricei, din acelaşi motiv, dar nici prin canale, chiar dacă ar fi deschise, ele fiind prea strâmte pentru particule atât de mari. Încât membrana are, în această stare, valoarea unui condensator electric încărcat, feŃele hidrofile având valoare de armături, iar zona acizilor graşi dintre ele valoare de dielectric.

Valoarea specifică a potenŃialului de repaus odată realizată, activitatea pompei de Na+-K+ nu încetează din cel puŃin două motive: a) deschiderea aleatorie a unui număr redus de canale şi b) permanenta funcŃionare a antiportului Na+/H+. In orice moment, în oricare punct al membranei, se pot întruni condiŃii capabile să determine, direct sau indirect, deschiderea cel puŃin a unui canal ionic. Influxul de Na+ prin puŃinele canale deschise aleatoriu şi prin antiport este, desigur, redus dar permanent şi, din acest motiv, pompa de sodiu este obligată la o corectare continuă a concentraŃiei interne a acestui ion. Această activitate bazală a pompei, cu mici oscilaŃii, dar permanentă, ca un „zgomot de fond”, trebuie considerată ca având valoarea unui „tonus funcŃional de repaus” prin care se evită

75

consecinŃele negative ale intrării ei în inerŃie de repaus. Deci, pompa de Na+-K+ îndeplineşte următoarele roluri: a) asigură homeostazia ionică a citoplasmei (mult K+ şi puŃin Na+); b) generează condiŃii (gradientul de Na+) pentru realizarea schimbului antiport Na+/H+; c) determină, indirect, închiderea canalelor ionice prin complexarea Ca2+ la gura externă a acestora; d) încarcă condensatorul electric membrana prin stoichiometria de schimb 3 Na+/2 K+ şi e) generează energia potenŃială pentru realizarea fluxurilor ionice la nivelul canalelor prin distribuirea asimetrică a ionilor Na+ (mult afară şi puŃin înăuntru) şi K+ (puŃin afară şi mult înăuntru).

III. 3.2. Geneza şi desfăşurarea potenŃialului de acŃiune (fluxurile ionice pasive)

În timpul fazei de repaus energia (potenŃială creată de pompă vizează numai ionii Na+

şi A - întrucât ionii K+ sunt supuşi acŃiunii a două forŃe de sens contrar care se anulează reciproc: gradientul chimic orientat spre exterior şi gradientul electric, uşor superior valoric celui dintâi, orientat spre interior. Când canalele sunt deschise de acŃiunea – stimulului extern (chimic sau electric), energia potenŃială a gradienŃilor devine actuală (energie cinetică) şi determină influxul ionilor Na+. În această fază acest influx este singurul eveniment posibil deoarece gradienŃii electric şi chimic ai acestuia sunt orientaŃi în acelaşi sens, iar efluxul anionilor organici (A-) nu este posibil întrucât dimensiunile lor exced diametrul canalului.

III. 3.2.1. Deschiderea (activarea) canalului ionic

Dacă în preajma membranei aflată în repaus este plasat catodul unei surse (fig.33) protonii situaŃi pe faŃa externă vor fi supuşi acŃiunii a două forŃe de sens contrar: F1

- câmpul sarcinilor negative de la faŃa internă şi F2 -

câmpul catodului. Când F2 este mai mare decât F1 ionii H+ migrează la catod şi, în consecinŃă, capetele externe ale proteinei canal pierd caracterul bazic şi complexul organometalic se desface degajând gura canalului. Din cest moment mişcarea transmembranară a ionilor devine posibilă, energia potenŃială trecând în energie cinetică.

Dacă în locul câmpului catodic (excitant electric) se acŃionează cu o substanŃă chimică adecvată consecinŃa finală va fi aceeaşi: deschiderea canalului ionic, numai modalitatea de realizare va fi diferită (chimică şi nu fizică).

76

Pentru ca o substanŃă chimică să fie capabilă să deschidă canalul

ionic ea trebuie să deŃină cel puŃin una din următoarele însuşiri: a) să aibă caracter bazic (OH-) suficient de pronunŃat pentru a neutraliza ionii H+; b) să poată masca chimic situsurile de ligandare ale proteinei-canal, fără a se lega de ele; c) să aibă forŃa chimică necesară şi suficientă de a scoate Ca2+ din complexul organometalic pentru a se combina cu el; d) să poată substitui Ca2+ din complexul organometalic pentru a se combina cu proteina-canal (fără ocluzarea canalului); e) să anuleze electronegativitatea citoplasmei la faŃa internă a membranei (A-). În afara modalităŃilor electrică şi chimică ce vizau zonele hidrofile ale membranei (armăturile condensatorului membra-nar), canalul ionic poate fi deschis şi prin alte modalităŃi care vizează zona mijlocie hidrofobă a membranei (dielectricul condensatorului membranar). Astfel, substanŃele liposolubile (alcoolul, numeroase aneste-zice, marea majoritate a drogurilor etc.) şi temperatura ridicată măresc fluiditatea fosfolipidelor (textura lor devine afânată) permiŃând protonilor să traverseze matricea membranei în sensul dictat de electronegativitatea citoplasmei (A-). De asemenea, o forŃă mecanică ce poate deforma membrana (de regulă a prelungirilor dendritice, dar şi axonice) este în măsură să provoace ruperea legăturilor dintre ionul Ca2+ şi punctele de ligandare ale proteinelor, eliberând gura externă a canalului. De menŃionat că printr-o asemenea modalitate se pot induce modificări funcŃionale şi la nivelul somei neuronilor aflaŃi în imediata vecinătate a unor zone traumatizate sau în promixitatea unor tumori.

Fig. 33 Activarea (deschiderea) canalului ionic prin stimul electric. F1 – forŃa

electrostatică prin care ionii H+ sunt reŃinuŃi la suprafaŃa externă a membranei; F2 – forŃa câmpului catodic (intensitatea stimulului electric)

77

III.3.2.2. Numărul critic de canale deschise şi pragul de detonare a PA

Deschiderea unuia sau a câtorva canale ionice, indiferent prin ce modalitate, produce o modificare locală a potenŃialului de repaus, cantonată la locul acŃiunii factorului de influenŃă. Aceasta din două motive: a) variaŃia în sens pozitiv a potenŃialului de repaus (scăderea pozitivităŃii la faŃa externă produsă de deschiderea unui număr mic de canale) este prea slabă pentru a putea disloca protonii din preajma canalelor vecine şi b) cantitatea de Na+ pătrunsă în celulă printr-un număr redus de canale astfel deschise este suficient de mică pentru a putea fi rapid şi cu uşurinŃă expulzată de activitatea bazală a pompei. Încât, deşi se produce, variaŃia potenŃialului membranar de repaus rămâne un eveniment local, de mică amplitudine şi nepropagabil.

Pentru ca un factor de influenŃă cu acŃiune de scurtă durată să poată genera direct un eveniment electroionic suficient de amplu încât acesta, la rândul lui, să fie în măsură să deschidă alte canale în jur, adică să se propage, este necesar ca mărimea influxului de Na+ să fie superioară capacităŃii pompei de a o corecta. Cum mărimea influxului de Na+ printr-un singur canal este, în condiŃii determinate, o constantă, se poate deduce că, pentru a produce un eveniment capabil să se propage în jur este necesar ca excitantul să deschidă un anumit număr de canale ionice. Acesta este numărul critic sau numărul minim de canale prin care influxul de Na+ depăşeşte capacitatea momentană a pompei şi generează potenŃialul de acŃiune. Se înŃelege că, dacă deschiderea unui număr mai mic de canale generează doar un efect local, incapabil de influenŃare a zonelor din jur, deci, incapabil de propagare, deschiderea unui număr mai mare de canale decât cel critic nu va putea genera nici altceva, nici ceva în plus decât un potenŃial ca acŃiune. Aceasta este baza explicativă a legii „tot sau nimic”.

Numărul critic de canale care asigură iniŃierea sau detonarea (firing level) potenŃialului de acŃiune nu reprezintă o constantă neuronală. Pentru oricare neuron valoarea numărului critic de canale este o variabilă în funcŃie, în primul rând, de intensitatea activităŃii pompei de Na+- K+ la momentul acŃiunii stimulului. Dacă un stimul de o anumită intensitate acŃionează asupra membranei la un moment când viteza pompei este redusă, atunci numărul critic de canale va fi mai mic comparativ cu situaŃia în care acelaşi stimul surprinde pompa la un nivel mai ridicat de activitate.

Altfel spus, pentru a deschide numărul critic de canale când pompa este în activitate bazală este suficient un stimul de intensitate redusă, iar când pompa este la un nivel ridicat de activitate stimulul trebuie să aibă o intensitate sporită întrucât urmează ca el să deschidă

78

un număr critic de canale mai mare. Dacă stimulul este aplicat la început cu intensitate redusă şi aceasta creşte progresiv într-un interval de timp suficient de lung pentru a permite pompei să-şi sporească corespunzător viteza, atunci valoarea numărului critic de canale va creşte progresiv. De aceea este necesar ca intensitatea stimulului să fie dată integral de la început, adică stimulul să fie aplicat cu bruscheŃe. Se estimează că, pentru o membrană neuronală cu un potenŃial de repaus de aproximativ – 80 mV, numărul critic de canale deschise trebuie să asigure un influx de Na+ care să determine o reducere a potenŃialului de repaus cu aproximativ 15 mV, ceea ce înseamnă că la – 65 mV (80-15=65 mV) se situează pragul de detonare a potenŃialului de acŃiune. Desigur, dacă potenŃialul de repaus al neuronului este de – 75 mV atunci variaŃia de sens pozitiv, capabilă să atingă pragul de detonare (firing level) va fi de aproximativ 10 mV. Toate acestea explică marea variabilitate a răspunsului neuronului la acŃiunea unui stimul de aceeaşi intensitate. La acest punct al discuŃiei nu putem rezista tentaŃiei de a observa că în baza modelului barierelor care explică funcŃionarea canalelor ionice nu se poate oferi un fundament raŃional înŃelegerii acestor fenomene, în aparenŃă complicate dar, în realitate, foarte simple şi logice dacă sunt abordate de pe poziŃiile modelului ocluzării canalelor.

III. 3.2.2.1. Excitabilitatea neuronului

Este de remarcat, de la început, că excitabilitatea nu trebuie considerată ca o însuşire propriu-zisă a neuronului, ci ca o stare a acestuia, variabilă în timp tocmai întrucât este determinată de cauze multiple. După cum se cunoaşte, canalele ionice au o singură stare deschisă şi mai multe stări închise, acestea fiind date de gradele de fermitate a închiderii, deci în ultimă instanŃă, de nivelul stabilităŃii complexului organometalic de la gura canalului (tăria legăturii coordinative dintre ionul Ca2+ şi proteinele canal). Cu cât stabilitatea complexului este mai mică, cu atât mai mare va fi excitabilitatea deoarece, pentru deschiderea unui asemenea canal, este suficient un stimul de intensitate mică. În acelaşi timp, însă, excitabilitatea neuronului nu este o măsură a vulnerabilităŃii unui singur canal ionic, ci a unui anumit număr critic de canale prin care influxul de Na+ depăşeşte capacitatea momentană a pompei de a-i expulza. Din toate acestea deducem determinările multiple ale stării de excitabilitate (vulnerabilitate) a neuronului: a) cantitatea de Ca2+ din mediul pericelular, disponibilă pentru ocluzare; b) densitatea canalelor ionice (numărul lor pe unitatea de suprafaŃă membrană); c) densitatea ionilor

79

H+ (valoarea pH-ului) la faŃa externă a membranei; d) valoarea metabolismului energetic (sinteza de ATP) al neuronului la momentul considerat; f) prezenŃa anumitor factori de influenŃă externi, fizici (temperatură, câmp electric) sau chimici (neuromodulatori, hormoni, substanŃe liposolubile, ioni de K+ etc.) şi g) nivelul stării de excitabilitate (vulnerabilitate) a neuronilor (sau altor celule)vecini.

Se constată că între factorii de care depinde excitabilitatea nu este inclusă valoarea potenŃialului electric de repaus al membranei în ciuda faptului că o asemenea dependenŃă este nu numai afirmată, ci dovedită experimental în multe circumstanŃe. În fapt, este vorba doar de o aparenŃă generată de împrejurarea că atât la baza excitabilităŃii, cât şi a stării electrice de repaus se află acelaşi mecanism: pompa de Na+- K+. Realizând distribuŃia asimetrică a sodiului de o parte şi de alta a membranei (asimetrie chimică), pompa generează condiŃia energetică pentru ejectarea protonilor şi, prin aceasta, pentru închiderea canalelor cu un anumit grad de fermitate, cu o anumită vulnerabilitate faŃă de stimul. Este de remarcat faptul că generarea acestei condiŃii energetice este datorată exclusiv realizării gradientului de sodiu orientat spre interior, independent de faptul că extruzia sodiului se realizează sau nu în schimbul introducerii în celulă a potasiului, ori că acest schimb se face cu o stoichimetrie de 3/2, care este electrogenă, sau de 1/1, care este electroneutră. În acelaşi timp, însă, funcŃionarea pompei cu stoichiometria de 3Na+/2K+ generează şi o distribuŃie asimetrică a sarcinilor electrice, pe lângă asimetria chimică, graŃie prezenŃei anionilor organici care nu pot părăsi citoplasma. Dacă pompa determină excitabilitatea prin realizarea asimetriei chimice, tot ea determină şi valoarea potenŃialului de repaus dar prin realizarea asimetriei electrice. Încât, o activitate mai intensă a pompei de Na+-K+ va duce nu numai la o creştere a stabilităŃii complecşilor organometalici ai Ca2+ la gura externă a canalelor ionice – deci la o excitabilitate (vulnerabilitate) mai redusă –, ci şi la o accentuare a asimetriei electrice – deci la un potenŃial de repaus mai ridicat. Că, într-adevăr, starea electrică nu condiŃionează direct starea de excitabilitate, ele fiind doar stări paralele, reunite printr-un mecanism comun, se poate deduce din analiza unor situaŃii reale în care valoarea excitabilităŃii este diferită deşi valoarea potenŃialului membranar de repaus este aceeaşi; i) doi neuroni având acelaşi potenŃial de repaus (- 80 mV) pot avea excitabilităŃi diferite întrucât densitatea canalelor ionice este diferită; ii) în timpul unui potenŃial de acŃiune membrana unui neuron are, în două momente distincte (fig. 34 a şi b), aceeaşi valoare a potenŃialului de repaus, dar excitabilităŃi diferite.

80

III. 3.2.3. Fluxurile ionice pasive sau desfăşurarea potenŃialului de

acŃiune

Odată cu deschiderea canalelor, cel puŃin la valoarea numărului lor critic, energia potenŃială a gradienŃilor trece în energia cinetică mobilizând ionii Na+-K+ în sensul echilibrării termodinamice a fazelor lichide aflate de o parte şi de alta a membranei. Prin activitatea sa pompa de Na+-K+ generează, în realitate, o dublă forŃă: una reprezentată de gradienŃii chimici (de concentraŃie) – datorată sensului de transport: sodiu spre exterior, potasiu spre interior şi alta de gradienŃii electrici- datorată stoichiometriei transportului: 3 Na+ pentru 2 K+. Considerate pentru fiecare ion în parte forŃele celor doi gradienŃi nu au sensuri identice. Pentru Na+ gradientul de concentraŃie este orientat spre interior, încât concentraŃia lui este mai mare în faza interstiŃială, ca şi cel electric, întrucât faza citoplasmatică este electronegativă. Pentru K+ gradientul chimic este orientat spre exterior, concentraŃia lui fiind mai mare în faza citoplasmatică, iar cel electric spre interior întrucât el este reŃinut de sarcinile electronegative aflate la acest nivel (A-). Încât, după deschiderea canalelor, următorul eveniment va fi influxul ionilor Na+, dar nu din cauza unei permeabilităŃi mai mari a membranei.

Deschiderea numărului critic de canale nu se face instantaneu, ci cu un anume consum de timp deoarece canalele se deschid în salvă, unul după altul, până se atinge numărul critic. Aceasta este faza de prepotenŃial (fig. 36 PP) care apare la stimuli cu intensitate optimă.

Cu cât intensitatea stimulului va fi mai mare, cu atât durata salvei (prepotenŃială) va fi mai scurtă, existând o valoare a stimulului dincolo de care deschiderea lor este concomitentă, prepotenŃialul dispărând.

Fig. 34 (a, b) IndependenŃa excitabilităŃii faŃă de valoarea potenŃialului membranar: în momentele a şi b potenŃialul electric are aceeaşi valoare, dar excitabilitatea este diferită

81

III. 3.2.3.1. Influxul pasiv al ionilor Na+

Influxul ionilor Na+ se realizează cu viteză mare datorită sumării forŃelor celor doi gradienŃi care acŃionează în acelaşi sens. Purtând sarcini pozitive spre interior, căderea de potenŃial pe cele două feŃe ale membranei scade rapid până la zero (fig. 35A-B), când în interior numărul sarcinilor pozitive este egal cu cel al sarcinilor negative -, apoi se inversează crescând în sens pozitiv până la aproximativ + 20 mV (fig. 35 C), când în interior numărul sarcinilor pozitive excede pe cel al sarcinilor negative. Aceasta este faza ascendentă a potenŃialului de acŃiune sau faza de depolarizare. În momentul terminării ei (fig. 35 C), căderea de potenŃial pe cele două feŃe ale membranei este de numai 20 mV (întrucât acum la faŃa internă sunt sarcini pozitive, în faŃa valorii potenŃialului se trece semnul acestora: + 20 mV), exteriorul fiind negativ datorită prezenŃei aici a ionilor Cl (proveniŃi din disocierea clorurilor, în special a NaCl şi KCl).

Fig. 35 (A, B, C, D) Trei faze electrice succesive (A, B, C) ale influxului pasiv de

Na+ prin canalul deschis (D)

Mărimea influxului ionilor Na+, deci amplitudinea potenŃialului de acŃiune, nu are nici o legătură cu intensitatea stimulului, acŃiunea acestuia reducându-se la deschiderea canalelor ionice. Dacă intensitatea, durata şi bruscheŃea stimulului sunt în măsură să determine deschiderea numărului critic de canale, atunci va fi generat un PA. Aceasta este valoarea-prag a stimulului. Sub această valoare (subliminală) stimulul va deschide un număr subcritic de canale şi va permite un influx redus de Na+, uşor de corectat prin activitatea bazală a pompei. Când stimulul are valori supraliminale numărul de canale deschise va fi superior numărului critic, dar mărimea influxului de Na+ va rămâne aceeaşi deoarece el se realizează în baza gradienŃilor chimic şi electric determinaŃi de activitatea anterioară a pompei şi corelaŃi valoric întrucât sodiul, considerat ca particulă chimică, este în acelaşi timp şi purtător de sarcină electrică. Astfel, deschiderea cel puŃin a numărului critic de canale la un potenŃial de repaus de – 90 mV va genera un influx de Na+ superior deschiderii aceluiaşi număr de canale la un potenŃial de repaus de numai – 80mV. Deci amplitudinea PA este

82

determinată de valoarea PR şi nu de valoarea stimulului. Faptul că la –90mV canalele sunt mai ferm închise decât la –80mV şi că pentru deschiderea lor este necesară o valoare sporită a stimulului, poate conduce cu uşurinŃă la concluzia greşită că amplitudinea PA ar depinde de valoarea stimulului.

III. 3.2.3.2. Efluxul pasiv al ionilor K+

Ca urmare a negativării fazei externe gradientul electric al ionilor K+ se inversează faŃă de starea de repaus, încât el are acum acelaşi sens cu gradientul chimic cu care sumându-se constituie o forŃă capabilă să determine efluxul acestui ion .Efluxul ionilor K+ se realizează cu viteză mai mică decât influxul ionilor Na+ , deoarece ambii gradienŃi au valori inferioare: cel chimic – pentru că pompa scoate la exterior 3 ioni Na+ şi aduce la interior numai 2 ioni K+, iar cel electric – pentru că valoarea căderii de potenŃial la membrană este acum de numai 20mV faŃă de 80mV cât corespundea influxului de Na+. Din acest motiv faza descendentă este mai lentă. Ca urmare a efluxului ionilor K+ potenŃialul membranar scade de la +20mV la zero şi apoi creşte în sens negativ până la aproximativ –60mV (fig. 36 A, B, C), moment în care forŃa celor doi gradienŃi devine nulă.

Aceasta este repolarizarea electrică pasivă a membranei ca primă parte a fazei descendente a potenŃialului de acŃiune. Deşi din punct de vedere electric acest moment este apropiat de starea de repaus, din punct de vedere chimic distribuŃia celor doi ioni este foarte departe de aceasta fiind mult Na+ la interior şi mult K+ la exterior.

Fig. 36 (A, B, C, D)

Două faze electrice succesive (A, B) ale efluxului pasiv de K+(D) şi faza electrochimică activă de repolarizare (C) a membranei

Anomalia de distribuŃie a celor doi ioni, care atinge maximul în acest

moment, va fi corectată prin intervenŃia pompei de Na+-K+, în calitatea ei de mecanism homeostazic. Anomalia de distribuŃie a început să se producă încă în prima parte a fazei ascendente când influxul ionilor Na+ a dus la

83

creşterea concentraŃiei sale interne, dincolo de limita admisă de homeostazie. Or, tocmai această creştere a Na+ intern reprezintă factorul principal de stimulare a ATP-azei specifice, adică a activării pompei de Na+-K+ în calitatea ei de mecanism de refacere şi întreŃinere a homeostaziei ionice. Cum, însă, trecerea pompei la o viteză superioară de activitate, corespunzătoare noilor condiŃii, se face cu un anume consum de timp, datorită inerŃiei metabolice, efectele ei specifice se vor face simŃite abia din momentul în care mişcările pasive ale celor doi ioni prin canalele încă deschise vor fi terminate (epuizarea gradienŃilor). Pe tot acest interval de timp pompa a activat „în gol” deoarece mişcarea activă a ionilor într-un sens era anulată de mişcarea lor pasivă în sens opus prin canalele deschise, dar nu a activat în zadar, întrucât tocmai acest interval a fost necesar şi suficient pentru a atinge noul regim de viteză. Din acest moment (-60 mV) şi până la atingerea vechii valori a potenŃialului de repaus (-80mV) se derulează cea de-a doua parte a fazei descendente a potenŃialului de acŃiune numită repolarizare electrică activă, asociată cu o distribuŃie normală a celor doi ioni: mult Na+ la exterior şi mult K+ la interior. Abia din acest moment, datorită creşterii progresive a gradientului Na+ orientat spre interior, devine posibilă ejectarea protonilor la faŃa externă a membranei prin antiportul Na+/H+ şi, ca urmare, realizarea condiŃiilor pentru reînchiderea progresivă a canalelor ionice prin ocluzare sterică cu Ca2+.

III. 4. Pompa de Na+-K+mecanism homeostazic cu autoreglaj

Pompa de Na+-K+ este un mecanism cu autoreglaj întrucât nivelul de activare a ATP-azei specifice este dependent tocmai de concentraŃiile citoplasmatice ale ionilor transportaŃi: creşterea Na+ sau/şi reducerea K+

stimulează activitatea enzimei, modificările de sens invers inhibând-o. Cum în timpul fazei de repolarizare electrică activă pompa reduce progresiv concentraŃia citoplasmatică a Na+ şi o sporeşte pe cea a K+, ea îşi autodetermină în acest mod reducerea propriei activităŃi şi, prin aceasta, a transportului ionic. InerŃia metabolică se manifestă însă şi în acest caz şi, ca urmare, activitatea pompei nu se opreşte brusc în momentul atingerii valorilor de repaus ale homeostaziei iono-electrice (la –80mV), ci ea continuă în timp – desigur cu o viteză ce scade progresiv – ducând potenŃialul de repaus la valori mai negative (aprox. –90mV) (fig.21 C). Prin deschiderea aleatorie a canalelor ionice, pe fondul unei activităŃi reduse a pompei, potenŃialul revine încet la valoarea normală. MenŃinerea quasiconstantă a acesteia, cu mici oscilaŃii locale, este expresia echilibrării valorice dintre mărimea influxului pasiv al Na+, datorat deschiderii spontane a unor canale şi aceea a efluxului activ al Na+, datorat activităŃii bazale, de fond a pompei ionice. Când canalele sunt deschise sub acŃiunea

84

stimulului adecvat şi începe influxul de Na+, tocmai creşterea concentraŃiei sale constituie factorul care produce activarea ATP-azei şi trecerea pompajului la un nou regim de viteză de lucru.

III. 5. Propagarea potenŃialului de acŃiune

Să considerăm un fragment de membrană neuronală cu geometrie plană, încărcată la valoarea potenŃialului de repaus (-80mV), asupra căreia a acŃionat un stimul de valoare suficientă pentru a deschide cel puŃin numărul critic de canale (fig.37).

Fig. 37 (A, B, C)

Trei faze succesive (A,B,C) ale depolarizării pe o porŃiune plană de membrană şi valorile corespunzătoare ale potenŃialelor membranare (a, b, c)

În momentul terminării fazei ascendente a potenŃialului de acŃiune

(fig. 37 A), determinată de influxul ionilor Na+, porŃiunea membranei afectată de stimul va fi electronegativă la faŃa externă (datorată prezenŃei ionilor Cl-) şi electropozitivă la faŃa internă (datorată excesului ionilor Na+) (+20mV), invers decât porŃiunile învecinate, aflate încă în stare de repaus (-80mV). Purtătorii de sarcină aflaŃi pe cele două feŃe ale membranei sunt: în zona depolarizată ionii Cl- la exterior şi ionii Na+ la interior, iar în zonele vecine, aflate la potenŃialul de repaus, ionii Na+ şi H+ la faŃa externă şi ionii A-(anionii organici) la faŃa internă. Deşi sarcinile de semn contrar se atrag reciproc cu forŃe egale, electromigrarea purtătorilor de sarcină este strict determinată de mobilitatea lor în soluŃii apoase. Dintre toŃi purtătorii de sarcină cea mai mare mobilitate o au ionii H+ care pot transla dintr-un nod în altul în cadrul reŃelei formată de moleculele apei, dând o viteză globală apreciabilă, deşi fiecare ion H+ se deplasează doar între două noduri vecine.

85

Ca urmare ionii H+ sunt singurii în măsură să se deplaseze în câmpul sarcinilor negative. Atraşi de electronegativitatea zonei depolarizate (ionii Cl-) ionii H+ vor migra din zonele vecine acesteia, determinând aici deschiderea altor canale ionice (fig. 37 A).

DistanŃa maximă de la care pot fi atraşi protonii este dependentă de căderea de potenŃial dintre zona negativă şi cea pozitivă, deci de amplitudinea potenŃialului de acŃiune (de depolarizare).

Dacă prin depolarizarea iniŃială provocată de stimul (fig. 37 A) ia naştere, la faŃa externă a membranei, o zonă electronegativă centrală, înconjurată de una electropozitivă, după realizarea primului pas al propagării (fig. 37 B), ca urmare a repolarizării zonei iniŃiale, ia naştere o zonă electronegativă circulară mărginită de ambele părŃi de zone electropozitive. Deşi electronegativitatea acestei zone va exercita o forŃă de atracŃie egală asupra sarcinilor pozitive aflate de ambele părŃi, totuşi, propagarea se va produce numai într-un sens (centrifugal). ExplicaŃia constă în faptul că, deşi ambele sunt electropozitive, cele două zone nu au aceleaşi valori ale potenŃialului de repaus: zona frontală (periferică) are potenŃialul la valoarea de repaus (-80mV), iar cea posterioară (centrală) la o valoare mai negativă (-90mV, vezi fig. 36. C), determinată de inerŃia metabolică a pompei care nu se poate opri brusc la atingerea stării ini Ńiale. Desigur, dacă din diverse motive (acŃiunea unor medicamente, droguri sau în anumite neuropatii), activitatea pompei este deficitară sau dacă nu toate valenŃele ei funcŃionale devin actuale, atunci potenŃialul zonei posterioare devine egal sau inferior celui din zona frontală şi propagarea se realizează şi în sens retrograd ducând la consecinŃe deosebit de grave în planul integrării neuronale. Procesul continuă afectând radiar zonele mai îndepărtate.

Din cele de până aici rezultă o concluzie deosebit de importantă, şi anume, că propagarea potenŃialului de acŃiune este un fenomen bazat pe procese de electromigrare ce au loc exclusiv la faŃa externă a membranei. Aceasta deoarece: a) mecanismul biochimic (complexarea organometalică a Ca2+) care controlează accesul prin canal este situat la gura externă a acestuia; b) ionii H+, care determină nu numai închiderea canalului, ci şi gradul ei de fermitate, sunt cantonaŃi la faŃa externă a membranei şi iii) tot la această faŃă, sub acŃiunea stimulului, ia naştere forŃa (electro-negativitatea) capabilă să disloce din zonele învecinate purtătorii de sarcină (ionii H+)cu cea mai mare mobilitate în soluŃii apoase. Cu toate că şi la faŃa internă a membranei depolarizate se creează o situaŃie similară, zona electropozitivă fiind înconjurată de o zonă electronegativă (fig. 37.a), între ele exercitându-se forŃe de atracŃie electrostatică de aceleaşi valori ca şi la exterior, cu toate acestea, aici nu au loc mişcări ale sarcinilor electrice

86

întrucât particulele purtătoare (Na+ şi A-) au o mobilitate în soluŃie apoasă nulă comparativ cu aceea a ionului H+.

În ceea ce priveşte propagarea pe soma neuronului sau pe prelungirile sale, mielinizate sau nu, deosebirile nu sunt de esenŃă, ea realizându-se în baza aceleiaşi legităŃi, ci doar de nuanŃă, ele fiind determinate de geometria suprafeŃelor, de distanŃele reale dintre zonele electronegative şi electropozitive de la suprafaŃa externă a membranei şi de valoarea reală a amplitudinii potenŃialului de acŃiune.

III. 5.1. Viteza de propagare a potenŃialului de acŃiune

În exemplul de mai sus (fig. 37) propagarea se realiza prin deplasarea din aproape în aproape a ionilor H+ de pe suprafaŃa membranei aflată în repaus spre cea aflată în acŃiune. În consecinŃă viteza propagării potenŃialului de acŃiune, mai mică decât viteza de electromigrare a ionilor H+ deoarece se adaugă şi timpul necesar deschiderii canalelor şi realizării influxului Na+, este redusă (sub 30 m/sec.). Pe o suprafaŃă membranară liberă, fără mielină, viteza de propagare a PA creşte odată cu creşterea electronegativităŃii zonei depolarizate, deci paralel cu creşterea valorii amplitudinii PA iniŃial (la rândul ei, aflată în raport de directă proporŃionalitate cu valoarea potenŃialului de repaus de la care se porneşte). Dacă ne referim strict la prelungirile neuronale nemielinizate, datorită geometriei lor (cilindru), viteza de propagare poate creşte odată cu creşterea diametrului acestora deoarece cantitatea totală de sarcină negativă pe aceeaşi lungime a porŃiunii depolarizate va fi mai mare (fig. 38).

Fig. 38 Viteza de propagare creşte odată cu creşterea diametrului fibrei:

sporeşte cantitatea totală de sarcină pe aceeaşi lungime la fibrei Pentru a satisface nevoile concrete ale unei existenŃe complexe, în

care viaŃa este condiŃionată şi de rapiditatea circulaŃiei informaŃiei şi comenzii în circuitele de integrare, evoluŃia a selectat o modalitate de

87

propagare mult mai eficientă sub acest aspect, anume propagarea saltatorie.

PorŃiuni bine delimitate ale prelungirilor sunt izolate electroionic de lichidul interstiŃial, lăsând între ele mici porŃiuni de membrană, axonală sau dendritică, în contact nemijlocit cu acesta. Nemaiavând nici un rol funcŃional, canalele ionice de pe porŃiunile acoperite cu „izolator” dispar, rămânând doar în porŃiunile neizolate. Izolarea axonului sau dendritei se realizează prin înfăşurarea repetată a mebranei celulei gliale (Schwann sau oligodendroglie) în jurul prelungirii formând un înveliş izolator (mielina). Întreruperile acesteia, unde membrana prelungirii rămâne în contact cu lichidul electroionic extracelular, formează nodurile Ranvier. Depolarizarea unui nod (electronegativarea externă) va determina electromigrarea ionilor H+ de la nodurile vecine, deschiderea canalelor ionice ale acestor porŃiuni membranare şi generarea, în consecinŃă, a unui potenŃial de acŃiune. Prin salturi de la un nod la altul potenŃialul de acŃiune se poate propaga cu viteze de patru-şase ori mai mari (120-180m/s) decât pe porŃiunile neacoperite de izolator (fig. 39).

Fig. 39

Propagarea saltatorie Desigur, şi în acest caz, creşterea diametrului fibrei propriu-zise

(diametrul axonului sau dendritei, fără a include şi învelişul mielinic) va determina o sporire corespunzătoare a vitezei de propagare.

III. 6. Mecanismul transmisiei sinaptice (comunicarea la interfaŃă)

La nivelul butonului terminal al axonului, reprezentând polul de ieşire al neuronului, se găsesc vezicule pline cu substanŃă neorotransmiŃătoare. Întrucât eliberarea acesteia în spaŃiul sinaptic implică

88

reorganizarea fosfolipidelor din membrana veziculei şi cea a butonului, pe feŃele citoplasmatice ale acestora se găsesc proteine speciale (proteina F şi sinapsina I) care, prin complexarea cu ionii Ca2+, asigură contactul strâns (mai puternic decât atracŃia electrostatică) pe durata necesară reaşezării fosfolipidelor într-un bistrat ce se continuă între cele două membrane (vezi fig. 31 C şi D). Deschiderea veziculei spre faŃa sinaptică este asigurată de reorganizarea fosfolipidelor din cele două membrane venite în contact.

Cantitatea de neurotransmiŃător eliberată prin exocitoză va fi dependentă de durata totală a depolarizării membranei butonului terminal. După traversarea fantei sinaptice, neurotransmiŃătorul ajunge la faŃa externă a membranei postsinaptice (dendritică, somatică sau axonală pentru sinapsele neuro-neurale, respectiv la membrana formaŃiunii efectoare pentru sinapsele neuro-motorii şi neuro-secretorii) unde intră în contact şi interacŃionează cu proteina-receptor adecvată. Ca urmare a legării neurotransmiŃătorului de proteina-receptor a formaŃiunii postsinaptice, la nivelul acesteia apar consecinŃe finale ce depind de tipul sinapsei şi de specificul funcŃional al efectorului: depolarizarea (sinapsa neuro-neurală excitatoare) sau hiperpolarizarea (sinapse neuro-neurale inhibitorii), declanşarea contracŃiei (sinapse neuromotorii) sau eliberarea unor produşi de sinteză (sinapse neurosecretorii).

III. 7. Uzura şi moartea neuronilor

Solicitarea funcŃională a neuronilor este apreciabilă, ei fiind implicaŃi în procese permanente de integrare. Cu toate acestea neuronii uzaŃi nu pot fi înlocuiŃi prin diviziune. Pierderea capacităŃii de a se divide este un tribut plătit de neuron înaltei sale specializări funcŃionale. Diviziunea este un proces grav a cărui desfăşurare impune întreruperea oricărei alte activităŃi. Or, un asemenea repaus funcŃional, necesar multiplicării, neuronul nu şi-l poate îngădui. ContradicŃia ce apare între uzura relativ rapidă şi incapacitatea neuronului de a se reînnoi prin diviziune este rezolvată prin accentuarea turnover-ului componentelor celulare. Toate organitele celulare sunt supuse unui proces de reînnoire care se desfăşoară tot timpul: macromoleculele ce le compun sunt înlocuite cu altele noi, cele vechi fiind distruse prin catabolizare. Încât, reînnoirea în forma unui proces continuu – turnover-ul – aduce avantajul păstrării pe acelaşi palier valoric şi pentru vreme îndelungată a capacităŃii funcŃionale a neuronului, în timp ce reînnoirea în forma unui proces discontinuu – diviziunea –, pe lângă dezavantajul întreruperii periodice a activităŃii specifice, ar fi generat şi dezavantajul unor permanente oscilaŃii valorice ale capacităŃii funcŃionale determinate de uzura progresivă în intervalul dintre două diviziuni succesive. În acest mod neuronul este menŃinut pentru multă vreme la

89

aproximativ aceeaşi „vârstă” nu numai funcŃional, ci şi anatomic, „urmele” uzurii sale în timp fiind mereu „şterse” de procesul reînnoirii permanente. Acesta considerăm a fi motivul principal al renunŃării la diviziune în cazul neuronului.

La nivelul sistemului viu, însă, „vârsta” nu este o simplă şi pasivă trecere prin timpul fizic, ci ea îşi află adevărata măsură în numărul de cicluri metabolice realizate efectiv. Sistemul viu nu este, deci, programat genetic să „existe” un anumit interval de timp, ci să „realizeze” un anumit număr de reacŃii biochimice în cadrul metabolismului. Ca urmare şi neuronul, tocmai întrucât se reînnoieşte permanent, se va apropia implacabil de momentul epuizării numărului maxim de cicluri biochimice, dat prin programul său genetic, sfârşind prin moarte. Independent de locul în care sunt situaŃi – scoarŃă, trunchi, ganglioni – neuronii mor odată cu epuizarea programului genetic, locul lor fiind ocupat, în sens pur anatomic, de celulele gliale care se divid (fenomenul de cicatrizare). Este necesar să facem distincŃie între moartea „naturală” a neuronilor, datorată epuizării programului genetic şi moartea „determinată”, prin mecanisme încă necunoscute, în scopul eliminării purtătorilor de erori genetice sau al reorganizării în interiorul unei formaŃiuni nervoase. Independent de cauza care o determină, moartea însemnează afectarea unor reacŃii reflexe întrucât nici un neuron nu poate exista decât integrat unui arc reflex. Pentru ca şi în aceste condiŃii capacitatea integratoare a sistemului nervos să nu fie (prea mult) afectată, evoluŃia a reŃinut ca modalitate compensatoare formarea mai multor circuite neuronale paralele pentru una şi aceeaşi activitate reflexă. Încât, moartea unui neuron pe un circuit determină, pe lângă alte procese de reorganizare, intrarea în funcŃie a unuia dintre circuitele de „rezervă”. Desigur, este vorba de o formă redundantă întrucât, se pare, numai în situaŃii deosebite se ajunge la epuizarea, în finalul vieŃii organismului, a tuturor circuitelor paralele.

90

IV. NEURONUL – COMPONENTĂ A SISTEMULUI CIBERNETIC ELEMENTAR

Sistemul nervos este un sistem cibernetic întrucât participă la

realizarea integrării organismului în baza culegerii, stocării şi prelucrării informaŃiei, a elaborării comenzilor şi controlului executării acestora. Componenta elementară a sistemului nervos, la nivelul căreia se realizează prima treaptă a integrării, este arcul reflex (numit, de aceea, unitate structural-funcŃională a sistemului integrator). Componenta de bază a arcului reflex este neuronul. Acesta, deşi nu este capabil de a realiza singur integrarea (motiv pentru care nu poate avea valoare de unitate structural-funcŃională a sistemului nervos), deŃine o sumă de însuşiri specifice care o fac posibilă. În baza acestora neuronul are calitatea de element component al sistemului cibernetic elementar – arcul reflex.

IV. 1. Polaritatea funcŃională a neuronului

PorŃiunile membranei neuronului care poartă pe ele proteine-receptor pentru neurotransmiŃători (membrana postsinaptică) constituie polul de intrare. Aceste porŃiuni pot fi reprezentate de membrana somei neuronale, a extremităŃilor dendritice, a conului de emergenŃă şi de porŃiunea extrasinaptică a butonului terminal (fig. 40). Receptorii specifici pentru neurotransmiŃători sunt, cel mai probabil, chiar proteinele-canal sau formaŃiuni ataşate acestora. De ceea consecinŃa legării neotransmiŃătorului de receptorul specific este deschiderea canalelor ionice şi iniŃierea potenŃialelor locale şi/sau de acŃiune. Încât, la nivelul polului de intrare se realizează transferul mesajului de pe suportul chimic (neorotransmiŃătorul) pe un suport electric (potenŃialele locale şi/sau de acŃiune).

Fig. 40. Polaritatea funcŃională a neuronului. INP – intrări; OUTP – ieşiri

91

Acest pol al neuronului este o adevărată „zonă a intrărilor” deoarece mesajele vin, în cele mai multe cazuri, pe câteva mii de căi distincte (sinapse), reprezentând tot atâtea intrări. Indiferent însă de numărul intrărilor, la nivelul somei neuronale şi conului de emergenŃă al axonului toate mesajele sosite concomitent sunt prelucrate într-un singur proces, astfel încât întreaga zonă a intrărilor dobândeşte un caracter unitar.

Polul de ieşire al neuronului este reprezentat de acele zone membranare la nivelul cărora se eliberează neurotransmiŃătorul (membrana presinaptică). ParticularităŃile acestei porŃiuni membranare sunt determinate de funcŃiile îndeplinite – eliberarea prin exocitoză a neurotransmiŃătorului, în legătură cu care trebuie pusă prezenŃa sinapsinei I pe faŃa citoplasmatică şi recaptarea excesului de neurotransmiŃător care scapă lizei enzimatice, în legătură cu care trebuie pusă existenŃa în membrană a unor transportori specializaŃi în acest sens.

IV. 1.1. Controlul polului de intrare

Necesitatea unui asemenea control este impusă de însuşi calitatea de microsistem cibernetic a neuronului. Controlul se realizează la două niveluri: a) elementar, local sau neuronal, reprezentând autoreglajul şi b) sistemic, general sau neuroendocrin, reprezentând reglajul (integrarea neuronului în suprasistem).

Controlul elementar rezidă în modificări ale excitabilităŃii membranei din zonele de intrare produse de a) metabolism şi de b) funcŃionarea însăşi a neuronului. Nivelul de desfăşurare a metabolismului condiŃionează excitabilitatea atât în plan energetic, prin furnizarea de ATP necesar pompei de Na+-K+, cât şi în plan material, prin turnover-ul componentelor membranare, în special cel al proteinelor (receptori, transportori şi enzime). FuncŃionarea neuronului, constând în generarea potenŃialelor de acŃiune, duce la modificări grave, dar de scurtă durată, ale excitabilităŃii prin însăşi dinamica stărilor închise şi a celei deschise ale canalelor. În timpul potenŃialului de acŃiune se disting patru faze în care excitabilitatea are valori diferite (fig. 41). În timpul fazei de prepotenŃial excitabilitatea creşte progresiv (fig. 41 A) până în momentul în care au fost deschise toate canalele numărului critic. În acest moment excitabilitatea devine nulă (fig. 41 B) întrucât aplicarea acum a unui nou stimul surprinde canalele în stare deschisă.

Este faza refractară absolută ce durează până în momentul în care activitatea intensificată a pompei realizează gradientul de Na+ necesar funcŃionării antiportului Na+/H+ , determinând astfel legarea Ca2+ la gurile externe ale canalelor şi trecerea acestora în starea închisă.

92

Fig. 41 (A, B, C, D) VariaŃiile excitabilităŃii în timpul potenŃialului de acŃiune. Ex. – excitabilitate; N – valoare normală a excitabilităŃii

Din acest moment excitabilitatea revine spre valoarea normală,

progresiv pe măsură ce se închid canalele; când numărul canalelor rămase încă neînchise este mai mic cu unu decât numărul critic, valoarea excitabilităŃii excede nivelul iniŃial atingând din nou valoarea maximă (fig. 41 C) pe care a avut-o la sfârşitul fazei de prepotenŃial. În continuare excitabilitatea se va reduce pe seama activităŃii încă sporită a pompei până la închiderea tuturor canalelor, când va atinge nivelul iniŃial. Deşi toate canalele au fost închise excitabilitatea continuă să scadă chiar sub nivelul iniŃial (fig. 41 D) datorită funcŃionării inerŃiale a pompei care sporeşte astfel gradul de fermitate a închiderii acestora.

Controlul la nivel sistemic se realizează prin modificarea excitabilităŃii sub acŃiunea unor substanŃe active: neuromodulatori, neuro-transmiŃători inhibitori şi hormoni, produse de alte formaŃiuni celulare. Neuromodulatorii modifică excitabilitatea polului de intrare prin mecanisme ce diferă în funcŃie de natura chimică a acestora: creşterea sau reducerea fluidităŃii fosfolipidelor, a reactivităŃii receptorilor celulari, a activităŃii pompei Na+-K+, modificarea reactivităŃii liganzilor proteici ai canalelor faŃă de ionii Ca2+, modificarea zonală a densităŃii canalelor ionice

93

etc. NeurotransmiŃătorii inhibitori determină, prin mecanisme mai puŃin cunoscute, dar interesând – cel mai probabil – creşterea remarcabilă a stabilităŃii complecşilor organometalici ai Ca2+ cu proteinele-canal, o „anulare” temporară a excitabilităŃii membranei, deci o blocare a intrării semnalelor.

Un rol important în realizarea controlului sistemic îl au cele două sisteme enzimatice de la nivelul membranei – cel al adenilatciclazei şi al fosfatidilinozitolkinazei (vezi fig. 26 şi 27). Este dovedit faptul că toate substanŃele neurotrope de origine exogenă (medicamente, droguri, unii poluanŃi chimici) acŃionează prin interferenŃa cu aceste mecanisme.

IV. 1.1.1. Codificarea semnalelor la nivelul zonei de intrare

Membrana somei neuronale nu funcŃionează doar ca un sumator, ci şi ca un integrator de semnale. Dacă pe soma unui neuron ar descărca neurotransmiŃător o singură sinapsă, situată în poziŃie simetrică faŃă de conul de emergenŃă al axonului (fig. 42), atunci propagarea PA s-ar realiza ca o undă circumferenŃială neîntreruptă în spatele căreia potenŃialul revine la valorile de repaus.

Deoarece, în acest caz, membrana somei are aceeaşi valoare a

potenŃialului de repaus pe toată suprafaŃa sa, amplitudinea PA va fi aceeaşi în orice punct al undei propagate, indiferent de poziŃia acesteia. Ajunsă la conul de emergenŃă, electronegativitatea zonei de depolarizare (PA) va disloca ionii H+ de la primul nod, determinând deschiderea canalelor ionice şi la acest nivel. Încât, pe canalul purtător (axon) va pătrunde un singur potenŃial de acŃiune. În realitate, însă, pe soma neuronală descarcă, în majoritatea cazurilor, câteva mii de sinapse.

Probabilitatea ca toate acestea să se afle în aceeaşi fază de activitate este, practic, nulă, cu atât mai mult cu cât ele aparŃin unor circuite neuronale distincte (convergente pe acelaşi neuron). În consecinŃă, în fiecare moment membrana somei neuronale se prezintă ca un mozaic de zone cu potenŃiale şi deci, cu excitabilităŃi diferite (fig. 43).

Fig. 42 Propagarea pe o somă neuronală cu o singură

intrare

94

În această situaŃie descărcarea neurotransmiŃătorului la una din

sinapse va determina apariŃia în acel punct a unui singur potenŃial de acŃiune care, însă, datorită mozaicului de excitabilitate, nu se va mai propaga sub forma unei unde circumferenŃiale neîntrerupte, cu amplitudine şi viteză constante, ci sub forma unei unde sinuoase, întreruptă acolo unde ea a întâlnit o zonă aflată în perioada refractară şi având amplitudini şi viteze variabile de la un punct la altul. În acest mod, potenŃialul unic de la intrare va fi multiplicat în numeroase alte potenŃiale cu amplitudini variabile. Datorită mozaicului de excitabilitate creşte şansa propagării şi a potenŃialelor de mai mică amplitudine. InformaŃia în acest caz este purtată de amplitudinea potenŃialelor întrucât, cu cât amplitudinea potenŃialului iniŃial a fost mai mare, corespunzând unei cantităŃi mai mari de neurotransmiŃător, cu atât mai multe direcŃii de propagare sinuoasă vor avea şansa să ajungă la conul de emergenŃă al axonului cu o amplitudine suficientă pentru a putea fi admise pe canalul purtător. Astfel, potenŃialul de acŃiune intrat, unic şi de amplitudine dată, propagat în aceste condiŃii va ajunge la conul de emergenŃă al axonului sub forma unui tren de potenŃiale cu amplitudine diferită ce se succed la intervale de timp diferite (fig. 44 A). Deci membrana somei neuronale realizează o codificare a mesajelor într-o modalitate continuu analogă (fig. 44 a-A).

Fig. 44. Codificarea în modalitate continuu analogă (A, a) la conul de emergenŃă a axonului şi discret analogă (B, b) la primul nod axonal.

PIC – pragul de amplitudine pentru intrarea pe canal (axon); IS – intensitatea stimulului

Fig. 43 Propagarea pe o somă neuronală

cu mai multe intrări

95

IV. 1.2. Recodificarea semnalelor la intrarea pe axon

Pentru ca un potenŃial de acŃiune să poată intra pe canalul purtător el trebuie să aibă o amplitudine minimă necesară dislocării protonilor de la nivelul primului nod Ranvier situat la o distanŃă relativ mare faŃă de conul de emergenŃă (1-2 mm.). Din grupul de 10 potenŃiale ajunse succesiv la conul de emergenŃă (fig. 44 A) numai 5 îndeplinesc această condiŃie, restul fiind inoperante. De remarcat că potenŃialele cu amplitudini foarte mari pot atrage protonii de la primul nod încă înainte ca ele să ajungă la conul de emergenŃă. Întrucât membrana axonală are aceeaşi valoare a potenŃialului de repaus la toate nodurile, amplitudinea potenŃialelor de acŃiune intrate pe canal va fi aceeaşi pe toată lungimea acestuia. Fiind o mărime invariabilă amplitudinea nu mai poate fi purtătoare de informaŃie, acest rol fiind transferat intervalelor dintre potenŃiale. Întrucât se fac deseori confuzii, subliniem faptul că informaŃia este purtată pe axon de intervalele dintre potenŃiale şi nu de frecvenŃa lor, aici fiind o modulare în perioadă, modularea în frecvenŃă presupunând existenŃa şi a unei frecvenŃe purtătoare, ceea ce nu există în cazul neuronului. Rezultă că ansamblul format din conul de emergenŃă şi primul nod Ranvier realizează o nouă codificare într-o modalitate discret analogă (fig. 44 b-B). Din acest motiv rolul lui este acela al unui convertor care asigură transferul informaŃiei de pe amplitudine pe perioadă, deci transferarea codificării din modalitatea continuu-analogă în una discret-analogă.

IV. 1.3. Controlul polului de ieşire

Polul de ieşire al neuronului este reprezentat de membrana butonului terminal al axonului, unde are loc eliberarea neurotransmiŃătorului (membrana presinaptică). Şi aici controlul se realizează prin intermediul excitabilităŃii care poate fi modificată sub influenŃa unor cauze cu originea la nivel elementar şi/sau la nivel sistemic. Ceea ce diferenŃiază butonul terminal de soma neuronală este faptul că modificările excitabilităŃii, atunci când sunt produse, interesează membrana butonului în întregul ei şi nu anumite porŃiuni (nu apare mozaicul de excitabilităŃi diferite), deşi chiar şi la acest nivel (în porŃiunea extrasinaptică) există sinapse axo-axonale cu rol modulator sau inhibitor. Excitabilitatea pare a fi modulată de la nivel sistemic prin substanŃe ce acŃionează, mai cu seamă, prin influenŃarea vitezei de lucru a pompei de Na+-K+ şi a activităŃii principalelor echipamente enzimatice conexe (sistemele adenilatciclazei şi fosfati-dilinozitolkinazei). Canalele ionice pot fi blocate de neurotransmiŃătorii inhibitori (exemplu GABA), cel mai probabil, prin sporirea stabilităŃii complecşilor organometalici ai Ca2+ cu proteinele-canal. O anumită

96

influenŃă asupra excitabilităŃii membranei presinaptice poate fi exercitată, de asemenea, şi de starea electrică a membranei postsinaptice, prin posibila difuzie transsinaptică a ionilor, fanta sinaptică având lărgimea de numai 250Ao. Interpretăm această posibilă influenŃă retrogradă ca o modalitate de acordare funcŃională între entităŃi celulare distincte, dar părtaşe la realizarea unui proces unitar – integrarea.

IV.1.3.1. Decodificarea semnalelor la nivelul butonului terminal

La nivelul porŃiunii incipiente a butonului terminal, acolo unde se termină învelişul mielinic, potenŃialele de acŃiune îşi păstrează atât amplitudinea, cât şi succesiunea (intervalele) avute pe axon. Să considerăm un buton terminal la porŃiunea incipientă a căruia a ajuns un singur potenŃial de acŃiune (fig. 45 A).

Fig. 45 (A, B)

Propagarea discretă (A) şi asociată (B) a potenŃialelor de acŃiune la nivelul polului de ieşire (butonul terminal)

Propagarea lui pe membrana butonală se va realiza sub forma unei

unde circumferenŃiale neîntrerupte, cu aceeaşi amplitudine în oricare punct al ei. Ajunsă la porŃiunea presinaptică a membranei, depolarizarea va atrage electrostatic veziculele la faŃa internă a acesteia iar ionii Ca2+ , pătrunşi din fantă, vor asigura ancorarea lor un timp suficient pentru reorganizarea fosfolipidelor, şi deschiderea veziculelor urmată de eliberarea neuro-transmiŃătorului (a se vedea paragraful despre membrana sinaptică). Cum însă veziculele se pot deschide spre fantă numai dacă, în prealabil, ele au fost aduse în contact cu faŃa internă a membranei presinapatice prin atracŃie electrostatică, vom înŃelege că mărimea şi/sau numărul veziculelor care au şansa reală de a se deschide, deci cantitatea totală de neurotransmiŃător eliberat, va fi direct dependentă de timpul cât membrana rămâne electropozitivă la faŃa ei internă. În cazul de faŃă acest interval de timp este egal cu durata unicului potenŃial de acŃiune sosit aici, care nu depăşeşte

97

2 ms. Într-un interval de timp atât de scurt vor putea fi aduse în contact cu membrana presinaptică doar veziculele cele mai mici (mai mobile) şi aflate mai aproape de aceasta. Ca urmare, cantitatea de neurotransmiŃător eliberată este redusă şi ea poate fi considerată ca având valoare unitară, fiind eliberată sub influenŃa unui singur potenŃial de acŃiune. Dacă intervalul de timp dintre două potenŃiale de acŃiune succesive este suficient de redus pentru a permite alăturarea lor (dar nu sumarea amplitudinii), atunci timpul cât membrana presinaptică se menŃine electropozitivă la interior se dublează (4 ms) şi cantitatea de neurotransmiŃător eliberată creşte corespunzător (fig. 45 B) prin creşterea numărului şi mărimii veziculelor aduse electrostatic în contact cu ea. Dacă această distanŃă în timp creşte, potenŃialele de acŃiune determină consecinŃe separate. În acest mod semnalul electric este decodificat şi informaŃia transferată echivalent de pe un purtător fizic (potenŃialul de acŃiune), pe un purtător chimic (neurotransmiŃătorul).

IV. 2. Interfa Ńa ieşire-intrare

Adevărata polaritate funcŃională a neuronilor se manifestă la nivelul sinapsei. După cum s-a constatat, polii de intrare şi ieşire sunt reprezentaŃi de zone restrânse, strict delimitate, ale membranei şi nu de toată membrana regiunii respective. Sinapsa deŃine trei elemente componente din relaŃiile cărora ia naştere un ansamblu funcŃional cu valoare de interfaŃă ieşire-intrare. Aceste elemente componente sunt: membrana presinaptică, fanta sinaptică şi membrana postsinaptică.

Despre particularităŃile celor două formaŃiuni membranare s-a discutat deja. Faptul că membrana presinaptică asigură eliberarea prin exocitoză a neurotransmiŃătorului, iar cea postsinaptică asigură captarea acestuia prin fixarea stereospecifică temporară pe proteinele-receptor, conferă sinapsei rolul unei adevărate diode prin care semnalul nu poate trece decât într-un singur sens (ieşire-intrare). Acest dispozitiv asigură nu numai unidirecŃionarea circulaŃiei semnalelor, ci şi filtrarea în funcŃie de intensitatea lor la intrare. Rolul de filtru revine membranei postsinaptice care deŃine un număr determinat de receptori pentru neurotransmiŃători, reprezentaŃi de proteinele-canal sau de formaŃiuni proteice ataşate acestora. Limita inferioară a valorii semnalului chimic la intrare este determinată de numărul critic de canale, prin deschiderea cărora ia naştere un potenŃial propagabil, iar limita superioară de numărul maxim de canale deschise întrucât, la acest nivel, informaŃia este purtată de amplitudine. Cele două limite nu reprezintă însă parametrii invariabili, ci ele se pot modifica în timp. Astfel, numărul critic de canale este mare când semnalul chimic surprinde pompa la un nivel ridicat de activitate şi mic atunci când

98

activitatea ei este redusă. Deşi asemenea modificări ale numărului critic de canale nu sunt spectaculoase, consecinŃele sunt deosebit de importante pentru funcŃionarea interfeŃei ieşire-intrare. De asemenea, numărul total al receptorilor se poate modifica, desigur, în intervale de timp mai lungi şi numai în anumite condiŃii. Acesta poate creşte prin sinteza de noi proteine specifice şi plasarea lor în membrana postsinaptică, sau poate să scadă prin internalizare citoplasmatică şi liză enzimatică. Receptarea punctiformă, discretă, a neurotransmiŃătorului este o necesitate imperioasă pentru funcŃionarea corectă a interfeŃei. Dacă receptarea s-ar face difuz, pe toată suprafaŃa membranei postsinaptice, atunci cuantificarea la intrare ar fi dependentă, pentru o suprafaŃă dată, numai de cantitatea de neuro-transmiŃător eliberată (numărul cuantelor chimice). Or, tocmai această cantitate nu poate fi reglată cu precizie din cauza mecanismului de eliberare a neurotransmiŃătorului. Eliberarea presupune trei faze corelate: a) atragerea electrostatică a veziculelor şi fixarea prin calciu la membrana presinpatică: b) reorganizarea fosfolipidelor şi deschiderea veziculelor spre fantă şi c) difuzia neurotransmiŃătorului prin fantă (eliberarea propriu-zisă). Dintre acestea esenŃială este aducerea veziculelor în contact cu membrana presinaptică, întrucât numai astfel ele pot elibera neurotransmiŃătorul. Întrucât, la momentul depolarizării butonului terminal, poziŃia veziculelor faŃă de membrana presinaptică (distanŃa lor faŃă de aceasta) este întâmplătoare, ea fiind determinată de curenŃii citoplasmatici şi de agitaŃia termică, şansa cea mai mare de a elibera neurotransmiŃătorul o au veziculele cele mai apropiate de membrană, acestea putând fi mai mult sau mai puŃin numeroase, mai mari sau mai mici. Ca urmare, hazardul deŃine o pondere importantă în determinarea cantităŃii de neurotransmiŃător eliberat. În aceste condiŃii periculoasă ar fi orice eroare, dar, mai cu seamă, cea în sensul excesului de neurotransmiŃător. Receptarea punctiformă, aşa cum este ea în realitate, evită deşi nu exclude, asemenea erori atât prin existenŃa numărului critic de canale (receptor) – controlat la nivel elementar şi sistemic -, cât şi prin existenŃa numărului maxim al acestora.

Fanta sinaptică determină, prin lărgimea ei, durata funcŃionării interfeŃelor. Dacă eliberarea şi receptarea neurotransmiŃătorului sunt procese realizate cu un consum de timp cvasiconstant, durata difuziei lui de la o faŃă la alta este dependentă exclusiv de lărgimea fantei. Evaluarea acesteia la o medie de aproximativ 250 A° este de natură să genereze impresia falsă că abaterile de la aceasta sunt simple şi exclusive consecinŃe ale variabilităŃii biologice. În realitate, însă, la asemenea unităŃi de spaŃiu şi timp, orice variaŃie dobândeşte o valoare considerabilă. Raportând timpul necesar neurotransmiŃătorului pentru a traversa fanta, evaluat – în medie – la 0,5-0,7 ms, la durata de 2 ms a potenŃialului de acŃiune, putem constata

99

că o reducere a lărgimii fantei cu numai 2,5 A° – reprezentând doar 1% din medie -, este în măsură să modifice profund consecinŃa interferenŃei pe soma neuronală a două potenŃiale succesive, cel de-al doilea potenŃial survenind acum în perioada refractară a celui dintâi, în loc de perioada de hiperexcitbilitate (postpotenŃial pozitiv), cum s-ar fi întâmplat dacă lărgimea fantei ar fi rămas nemodificată. Din aceste motive modificările lărgimii fantei sinaptice, dovedite până acum numai în sensul reducerii ei, nu sunt întâmplătoare. S-a demonstrat experimental că lărgimea fantei se reduce dacă sinapsa este solicitată un timp mai lung, însă nu oricum, ci cu o anumită ritmicitate. O solicitare îndelungată la un ritm redus nu duce la acelaşi efect. Este posibil ca prin solicitarea la un anumit ritm a sinapsei, cel puŃin o parte din membrana veziculelor care se deschid să fie integrată în membrana presinaptică, a cărei suprafaŃă totală creşte ducând astfel la o apropiere de cea postsinaptică, deci la reducerea lărgimii fantei (fig. 46).

Fără a considera durata de timp în care aceasta se produce, îngustarea

fantei sinaptice poate merge până la totala ei dispariŃie, membranele pre- şi postsinaptică intrând în contact nemijlocit, încât depolarizarea se va propaga direct de la una la alta, fără intervenŃia neurotransmiŃătorului. Aceasta este o sinapsă electrică prin care se asigură avantajul propagării undei de depolarizare fără nici o întârziere, avantaj plătit însă cu preŃul pierderii funcŃiei de diodă, depolarizarea putându-se propaga acum în ambele sensuri.

InterfeŃele ieşire-intrare (sinapse), unitare prin modul de funcŃionare, sunt foarte diferite prin modul de organizare şi calitatea neuro-transmiŃătorului sau neuromodulatorului. Diversificarea lor este consecinŃa de ordin adaptativ rezultată din relaŃiile ce se stabilesc între formaŃiunile

Fig. 46 Integrarea membranei

veziculare în membrana butonului şi reducerea, astfel,

a lărgimii fantei sinaptice

100

pre- şi postsinaptică. InterfeŃele neuroneurale sunt mai variate decât cele neuroefectoare şi ele se pot clasifica în baza mai multor criterii: a) după calitatea membranei postsinaptice: sinapse axo-dendritice, axo-somatice, axo-axonice; b) după tipul intermediarului chimic: sinapse excitatoare, inhibitoare, modulatoare; c) după natura chimică a neurotransmiŃătorului: sinapse adrenergice, colinergice, serotoninergice, gabaergice etc.; d) după lărgimea fantei sinaptice: sinapse cu întârziere mare, medie, mică sau fără întârziere la sinapsa electrică: e) după modul de inactivare a neuro-transmiŃătorului: sinapse cu inactivare enzimatică – exemplu, acetil-colinesteraza, monoaminoxidaza – , sinapse cu inactivare metabolică – după internalizarea moleculei active. InterfeŃele neuroefectoare sunt mai puŃin variate, neurotransmiŃătorul lor fiind întotdeauna de tip excitator, iar distanŃa dintre membranele pre- şi postsinaptică este fie de valoare redusă, în cazul efectorilor somatici (m. scheletici), fie sporită, în cazul celor vegetativi (m. netezi, glande). Inactivarea neurotransmiŃătorului se face mai mult enzimatic la efectorii somatici şi mai mult metabolic la cei vegetativi.

IV. 3. Canalul ionic ca sistem cu mai multe stări posibile

Analogiile ce pot fi făcute între sistemele fizice şi cele biologice nu trebuie să depăşească planul funcŃional al neuronului deoarece modalităŃile şi mijloacele din cele două domenii sunt, de cele mai multe ori, total diferite. Respectând această condiŃie putem face o comparaŃie între canalul ionic (de Na+-K+) şi circuitul bistabil, ambele sisteme putând admite (poziŃia deschis) sau interzice (poziŃia închis) curgerea unor curenŃi (electronici în cazul circuitului bistabil şi ionici în cazul canalului). Însă, în timp ce un circuit bistabil are parametri de lucru predeterminaŃi şi stabili, canalul ionic, cu toate mecanismele ce îl deservesc, şi-i reorganizează permanent, desigur, între limite valorice admisibile, prin intermediul celor două niveluri de integrare – elementar şi sistemic (vezi controlul polilor de intrare şi ieşire ai neuronului). Mai mult chiar, canalul ionic, spre deosebire de circuitul bistabil, nu este un sistem binar, ci unul analogic având o stare deschisă şi o mulŃime de stări închise (grade diferite de fermitate a închiderii, determinate de nivelurile de stabilitate a complecşilor organometalici ai Ca2+ la gura externă a canalului). Dacă starea deschisă este unică, determinarea apariŃiei ei este multiplă, ea fiind posibilă nu numai prin modalităŃi diferite (fizice sau chimice), ci şi prin valori diferite ale aceleiaşi modalităŃi (praguri). În fine, revenirea canalului la starea închisă, indiferent de gradul ei de fermitate, se face prin modalităŃi şi mecanisme de cu totul altă natură decât cele ce

101

i-au determinat deschiderea. Din acest motiv şi constantele de timp ale închiderii şi deschiderii canalelor ionice sunt foarte diferite.

Dacă la toate acestea adăugăm şi faptul că densitatea canalelor ionice pe membrana neuronului este cu mult mai mare decât aceea a circuitelor bistabile pe elementele unitare ale unui computer vom putea argumenta, deşi nu complet, superioritatea sistemului cibernetic de tip biologic faŃă de cel fizic.

IV.4. Plasticitatea sinapsei

Sinapsele nu sunt formaŃiuni statice, rigide, ci ele prezintă o mare plasticitate care constă în capacitatea de a-şi modifica permanent planul funcŃional, de a fi înlocuite şi de a spori sau reduce numeric atunci când circumstanŃele o cer. Deşi plasticitatea sinapselor se manifestă mai pregnant în timpul dezvoltării organismului, ea este prezentă şi la adult ca o permanentă „primenire”, mai accentuată în anumite condiŃii. După leziuni sinapsa este refăcută într-un interval de aproximativ 60 zile. Primenirea naturală la adult, nelezională, nu trebuie considerată doar ca un simplu proces de înlocuire a unor macromolecule vechi cu altele noi, ci, mai cu seamă, ca un proces de remodelare funcŃională. Înlocuirea şi remodelarea naturale la adult se petrec în aproximativ 35-40 zile, prin aceste procese fiind asigurate atât ştergerea urmelor de uzură funcŃională relativ rapidă a sinapsei, cât şi adecvarea permanentă a acesteia la solicitările mereu crescânde ale integrării însăşi. Sporirea complexităŃii mediului ambiant şi îmbogăŃirea experienŃei individuale de viaŃă duc la creşteri cu peste 10% a numărului de spini dendritici.

Există trei unghiuri sub care trebuie privită plasticitatea sinaptică: a) calitatea şi cantitatea emisiei de mesageri chimici: b) calitatea şi mărimea recepŃiei mesagerilor şi c) lărgimea fantei sinaptice. După cum s-a arătat mai sus, plasticitatea secretorie a neuronului este accentuată el producând, de regulă, pe lângă mesagerul principal şi mulŃi alŃi secundari. De aseme-nea, neuronul îşi poate schimba chiar profilul secretor transformându-se din excitator în inhibitor. În privinŃa receptorilor de la polul de intrare, plasticitatea se manifestă nu numai prin înmulŃirea numărului lor, inclusiv prin creşterea totală a suprafeŃei dendritice (formarea de noi spini), ci şi prin schimbarea calitativă a acestora prin care, în fapt, se răspunde plasticităŃii secretorii a neuronului presinaptic. În fine, lărgimea fantei sinaptice se poate reduce ca urmare a solicitărilor repetate cu un anumit ritm şi pe o anumită durată a sinapsei.

102

V. ARCUL REFLEX CA SISTEM CIBERNETIC

Captarea, transmiterea, prelucrarea şi stocarea informaŃiilor, precum

şi elaborarea, transmiterea comenzii şi controlul execuŃiei acesteia sunt procese ce caracterizează funcŃionarea arcului reflex ca sistem cibernetic destinat integrării. Totalitatea acestor procese, desfăşurate la nivelul arcului reflex, constituie ceea ce numim în mod curent – actul reflex.

Arcul reflex reprezintă unitatea de alcătuire şi structură a sistemului nervos întrucât la nivelul său se realizează, desigur, pe plan elementar, integrarea organismului. La rândul său, arcul reflex are ca unitate elementară neuronul, care, prin însuşirile sale, nu este în stare să realizeze integrarea, ci doar să o facă posibilă. Analizând procesualitatea actului reflex deducem că arcul reflex trebuie să cuprindă, în mod obligatoriu, următoarele elemente: o formaŃiune specializată în captarea stimulului (receptorul), un canal purtător de informaŃii (calea aferentă), un dispozitiv de prelucrare, de stocare a informaŃiei şi de elaborare a comenzii (centrul nervos), un canal purtător de mesaje-comandă (cale eferentă), un executant al comenzii (efector) şi un dispozitiv de autocontrol format dintr-o componentă de sesizare a eroilor execuŃiei (receptor de origine al retroinformării) şi un canal purtător de retroinformaŃii cu privire la existenŃa acestor erori (calea aferentaŃiei inverse) (fig. 47).

Fig. 47 Arcul reflex ca sistem cibernetic (cu autoreglaj). R – receptor; CA – cale aferentă directă; CN – centru nervos; CE – cale eferentă; E – efector; CAI – cale aferentă inversă

103

Dacă una din aceste componente lipseşte integrarea nu este posibilă şi deci, în această situaŃie, nu putem vorbi de un arc reflex. Făcând referire doar la componentele neuronale ale unui arc reflex constatăm că numărul acestora este de cel puŃin patru (fig. 48): neuronul senzitiv primar care realizează atât captarea semnalului direct sau indirect, prin polul său de intrare, cât şi transmiterea informaŃiei la centru, neuronul intercalar sau de asociaŃie care asigură prelucrarea informaŃiei, integrând-o altor informaŃii, primite pe alte căi sau existente în stocul de memorie, neuronul efector care asigură elaborarea şi transmiterea comenzii spre efector şi neuronul senzitiv secundar care asigură retroinformarea sau informarea cu privire la apariŃia erorilor în executarea comenzii.

Fig. 48 ComponenŃa neuronală minimă a unui arc reflex elementar.

R – receptor; NSI – neuron senzitiv primar; NS II – neuron senzitiv secundar; NA – neuron de asociaŃie; NE – neuron efector; MS – măduva

spinării; E – efector Cum prezenŃa celor patru tipuri de neuroni şi joncŃionarea lor prin

interfeŃe (ieşire-intrare) sunt condiŃii elementare, obligatorii în realizarea actului reflex se poate afirma că arcul reflex nu poate fi niciodată monosinaptic, ci numai polisinaptic: minimum trei sinapse neuro-neuronale şi una neuroefectoare în cazul arcului reflex elementar.

Ceea ce se denumeşte, în mod curent, arc reflex monosinaptic este, în realitate, doar o parte a arcului reflex real (stimularea făcându-se direct asupra receptorului de origine a aferentaŃiei inverse), iar ceea ce se obŃine la

104

nivelul acestei părŃi este ceva ceea ce am putea numi, cu o anumită îngăduinŃă, o reacŃie de tip reflex dar nu un act reflex.

V. 1. Ierarhia arcurilor reflexe

Oricare arc reflex este organizat pe două niveluri: unul elementar, care implică doar centrul proxim situat subcortical şi unul supraelementar, care implică şi un centru cortical, pe lângă alŃi centri subiacenŃi. FuncŃionarea celor două niveluri ale aceluiaşi arc reflex este, desigur, unitară în cadrul organismului, deoarece nivelul al doilea este continuare a celui dintâi, ambele având aceeaşi finalitate – integrarea. În scop didactic însă, ele pot fi separate nu numai teoretic, ci şi practic, experimental.

V. 1.1. Arcul reflex elementar

În general, organizarea acestuia respectă principiul teritorialităŃii, informaŃiile culese la nivelul unui anumit câmp receptor fiind conduse la cel mai apropiat centru subcortical. Cum, de regulă, receptorii şi efectorii asociaŃi lor se găsesc în apropiere, căile de conducere – aferentă şi retroaferentă –, care leagă receptorii şi efectorii de centru, se asociază într-o formaŃiune unică numită nerv mixt (spinal sau cranian) care, spre periferie, se desparte în ramuri senzitive, respectiv efectorii. Dacă receptorii şi efectorii asociaŃi sunt situaŃi la distanŃă unii de alŃii atunci căile senzitive se asociază separat de cele efectorii formând doi nervi, unul senzitiv şi altul efector (doar la nervii cranieni).

Ceea ce caracterizează arcul reflex elementar este, pe de o parte, numărul redus de receptori cu care este conectat centrul subcortical şi, pe de altă parte, alcătuirea căii aferente din prelungirile unui singur neuron (cel senzitiv) şi a căii eferente din prelungirile unuia singur (neuronul motor somatic) sau, cel mult, a doi neuroni (efectori vegetativi). Din aceste motive actul reflex desfăşurat la nivel elementar va fi restrâns ca arie şi va implica un consum minim de timp (puŃine întârzieri sinaptice). Din aceleaşi motive răspunsul dat de efectori va fi standardizat, reproductibil la aceeaşi parametri şi, prin aceasta, în mai mică măsură adecvat circumstanŃelor ambientale în ansamblul lor. Arcul reflex elementar este un sistem cibernetic cu un singur nivel de decizie.

V. 1.1.1. Receptorul

Este formaŃiunea componentă a arcului reflex specializată în captarea semnalelor privitoare la modificarea semnificativă a unui parametru fizico-chimic al mediului extern sau intern (exteroceptori şi interoceptori). Deşi

105

funcŃionarea tuturor receptorilor are la bază excitabilitatea membranei celulelor componente, fiecare este specializat în captarea unei anumite categorii de stimuli.

V. 1.1.1.1. Geneza PA la nivelul receptorului

Captarea semnalului la nivelul receptorului sau recepŃia propriu-zisă se realizează prin deschiderea numărului critic de canale şi generarea PA sub impactul variaŃiei parametrului fizic sau chimic adecvat din mediul intern sau extern. Comparativ cu excitabilitatea neuronilor centrali aceea a formaŃiunilor receptoare este mult mai redusă, chiar şi în cazul în care recepŃia este realizată direct de dendritele neuronilor. Aceste diferenŃe sunt graduale, dendritele neuronilor ce intră în alcătuirea zonelor reflexogene având o excitabilitate mai redusă decât aceea a neuronilor centrali, dar mult mai mare decât a neuronilor ce realizează recepŃia directă a stimulilor din mediul extern (tactili, olfactivi, vizuali). Excitabilitatea mai redusă a formaŃiunilor receptoare poate fi realizată atât prin modificarea naturii fosfolipidelor din matricea membranei şi a reactivităŃii proteinelor acesteia (enzime, receptor, canal), cât şi – mai cu seamă – prin reducerea densităŃii canalelor de NA+ - K+. Acest specific al excitabilităŃii îşi pune amprenta asupra genezei potenŃialului de acŃiune, fără a influenŃa desfăşurarea lui în restul fazelor (ascendentă şi descendentă pasive). Asupra genezei potenŃialului de acŃiune grevează, de asemenea, şi modul în care intervine stimulul asupra formaŃiunii receptoare în condiŃii naturale. Se ştie că una din condiŃiile de bază ale deschiderii numărului critic de canale (geneza PA) este bruscheŃea cu care intervine excitantul. Stimularea în condiŃii naturale face ca această condiŃie să fie îndeplinită în mică măsură şi în puŃine cazuri. Un stimul olfactiv, de exemplu, nu intervine decât rareori cu bruscheŃea necesară, difuzia particulelor vectoare prin aer, de la sursă la receptor, făcându-se progresiv după o curbă sigmoidă. Tot aşa un stimul gustativ, întrucât dizolvarea şi difuzia în salivă a moleculelor de substanŃă sapidă nu sunt instantanee, ci progresive. O situaŃie similară întâlnim şi la interoceptorii chemo-, termo-şi mecano-electrici întrucât toŃi parametrii care îi stimulează nu se pot modifica cu bruscheŃe. Datorită acestui mod în care acŃionează stimulii în condiŃii naturale deschiderea numărului critic de canale se va face şi ea cu un consum de timp relativ mare. Acest consum este sporit şi prin faptul că, datorită deschiderii progresive a canalelor, pompa de Na+ - K+, a cărei activitate este intensificată în consecinŃă, reuşeşte să contracareze acŃiunea stimulului reînchizând în acel interval de timp o parte din canale. Intensificarea pompei, în calitatea ei de mecanism homeostazic, duce, implicit, la creşterea pragului de detonare a

106

potenŃialului de acŃiune, deplasându-l spre valori mai puŃin negative. Datorită acestor cauze geneza potenŃialului de acŃiune la nivelul receptorului este lentă, aşa cum o confirmă înregistrarea grafică (fig. 49), potenŃialul de acŃiune propriu-zis fiind precedat de un prepotenŃial lung (a-b fig. 49), numit „potenŃial de receptor”. Durata prepotenŃialului, ca şi valoarea nivelului de explozie (punctul b, fig. 49), diferă de la o formaŃiune receptoare la alta, ambele mărimi fiind mai scăzute la receptorii cu sensibilitate ridicată şi, la aceeaşi formaŃiune, de la o stare fiziologică la alta.

Dacă sporirea progresivă a intensităŃii stimulului nu atinge valoarea

necesară deschiderii numărului critic de canale (nivelul de explozie), inclusiv datorită intensificării activităŃii pompei, prepotenŃialul se stinge fără a genera un potenŃial de acŃiune (linia punctată în fig. 49), efectul lui în plan senzorial fiind nul întrucât pe canalul purtător (calea aferentă) nu pot pătrunde decât potenŃiale de acŃiune.

Nivelul de sensibilitate (excitabilitatea) a unei formaŃiuni receptoare poate să se modifice în timp atât din cauze locale, elementare, cât şi prin intervenŃia unora mai generale, cu origine sistemică. Există chiar posibilitatea realizării unui control nervos direct asupra formaŃiunii receptoare la care pot veni axonii unor neuroni centrali care eliberează substanŃe neuromodulatoare (exemplu: la celulele auditive), reglând în acest mod nivelul intrărilor în sistemul cibernetic neuronal (arcul reflex).

V. 1. 1. 1. 2. Organizarea funcŃională a sistemelor receptoare

În funcŃie de natura şi nivelul de semnificaŃie ale stimulilor specifici, sistemele receptoare prezintă forme de organizare mai simple sau mai complexe. Organizarea cea mai complexă o întâlnim în acele cazuri în care stimulii, prin natura lor, nu sunt în măsură să determine prin acŃiune directă

Fig. 49 Geneza potenŃialului de acŃiune la nivelul formaŃiunii receptoare; PR – potenŃial de repaus

107

deschiderea canalelor ionice. În asemenea situaŃii se adaugă o serie de formaŃiuni auxiliare capabile să mijlocească acŃiunea stimulului şi/sau să îi asigure dobândirea semnificaŃiei specifice. Este cazul sistemelor receptoare vizual, auditiv şi vestibular a căror complexitate sporită este determinată de imposibilitatea deschiderii canalelor ionice prin acŃiunea directă, nemijlocită a fotonilor, vibraŃiilor aerului, respectiv a acceleraŃiei, inclusiv gravitaŃionale. Pentru restul sistemelor de recepŃie, la care deschiderea canalelor ionice este posibilă prin acŃiunea directă a stimulului, gradul de complexitate anatomică este mult mai redus decât al celor enumerate. Cel mai elocvent exemplu în acest sens ne este oferit de receptorii proprii sistemului locomotor (proprioceptori)

Rolul primordial al acestora este de a asigura retroinformarea centrilor nervoşi, în primul rând, cu privire la modul în care comanda dată de ei a fost executată (autocontrol prin feed-back) şi, abia în al doilea rând şi implicit, cu privire la faptul dacă ea a fost sau nu executată. Răspunsul specific al organului muscular este contracŃia. O retroinformare doar despre realizarea sau nerealizarea ei este lipsită de relevanŃă pentru centrul nervos, întrucât acesta trebuie să asigure integrarea locomotorie în raport cu o finalitate dată: schimbarea raporturilor spaŃiale faŃă de un referenŃial. Întrucât, pentru integrarea în acest plan funcŃional nu realizarea contracŃiei, ci consecinŃele ei sunt esenŃiale, sistemul de recepŃie propriu organului muscular va fi specializat şi adecvat sesizării acestora. ContracŃia musculară având, din acest unghi de privire, două consecinŃe posibile: dezvoltarea forŃei (fără mişcare) şi producerea mişcării (sub acŃiunea forŃei), receptorii proprii organului muscular vor fi specializaŃi şi adecvaŃi în aceste două direcŃii: sesizarea mărimii forŃei şi sesizarea vitezei mişcării, ambele categorii de receptori fiind de tip mecanoelectric. Pentru forŃa dezvoltată de contracŃie, care poate fi de valori diferite, după cum sunt acŃionate câteva, mai multe sau toate unităŃile motorii, formaŃiunile receptoare specializate în această direcŃie vor avea şi ele grade diferite de complexitate a organizării, de la terminaŃiile nervoase libere (dendrite) şi corpusculii Vater-Pacini (cu un număr de învelişuri direct proporŃional cu valoarea forŃei) până la fusurile neurotendinoase Golgi. Receptorii specializaŃi doar în direcŃia sesizării mişcării şi a vitezei de realizare a acesteia – am numit fusurile neuromusculare (receptori kinestezici) – prezintă o organizare mult mai complexă decât a celor pentru forŃă. Complexitatea sporită a fusului neuromuscular este determinată nu atât de modalitatea în sine de a recepta mişcarea, cât de faptul că acest receptor trebuie să retroinformeze centrul de comandă în primul rând despre modul de realizare a mişcării care poate fi continuu (cursiv) sau discontinuu (cu întreruperi pe parcurs), cu viteză mai mare sau mai mică.

108

V. 1.1.1.3. Specializarea receptorilor

Se realizează atât prin modificări cantitativ-calitative la nivelul membranei excitabile – interesând, mai cu seamă proteinele (receptor şi canale ionice) dar şi fosfolipidele, cât şi/sau adăugarea unor formaŃiuni auxiliare, fie direct celulei receptoare (cili, conuri, bastonaşe), fie zonei vecine acesteia, constituind asambluri funcŃionale (segment periferic) mai mult sau mai puŃin complicate (cavităŃi cu umori de densităŃi diferite, membrane elastice, formaŃiuni colagenice cu rol optic sau mecanic etc.). Prin aceste specializări celulele receptoare convertesc diversele tipuri energetice ale stimulilor într-o mărime electrică reprezentată de variaŃiile, mai mult sau mai puŃin rapide, ale voltajului membranar. Specializarea funcŃională este cel mai obiectiv criteriu de clasificare a receptorilor: fotoelectrici, termoelectrici şi chemoelectrici. Activitatea receptorilor este bazată pe proprietatea membranei lor de a fi excitabilă într-un anumit grad. Ca urmare, activarea lor, se realizează prin deschiderea numărului de canale la impactul cu excitantul specific şi adecvat, direct sau indirect. O asemenea activare o numim specifică nu numai în baza existenŃei specializării receptorului la sesizarea variaŃiei anumitor factori din mediu – de natură şi valoare determinate -, ci şi în baza faptului că receptorul generează o anumită structurare a semnalelor electrice numai sub acŃiunea stimulului specific şi adecvat. Această structură a grupajelor de semnale electrice este singura purtătoare de informaŃii. Simpla deschidere a numărului critic de canale generează potenŃiale de acŃiune izolate lipsite de semnificaŃie la nivelul centrilor nervoşi tocmai întrucât acestea nu sunt structurate într-o modalitate adecvată, nu sunt deci, codificate corespunzător unui anumit limbaj, constituit şi dezvoltat în timp. MulŃi alŃi stimuli, în afara celor specifici şi adecvaŃi, pot determina deschiderea numărului critic de canale la nivelul celulei receptoare, dar aceasta reprezintă o activare nespecifică, nulă din perspectivă informaŃională, ea nefiind codificată (o lovitură la nivelul globului ocular generează senzaŃii luminoase – „stele verzi”).

Mecanismele celulare ale recepŃiei specifice sunt foarte puŃin cunoscute. Ştim multe despre modul cum stimulul ajunge să determine, direct sau indirect, deschiderea numărului critic al canalelor de Na+ - K+, dar ştim extrem de puŃine despre mecanismul intim prin care se realizează aceasta şi aproape nimic despre legităŃile ce guvernează conversia în grupaje de semnale electrice cu structuri definite şi inteligibile (limbaj). Există, desigur, numeroase supoziŃii fragmentare şi ipoteze mai

109

cuprinzătoare, dar nici unele nu au un suport obiectiv suficient de consolidat. Multe dintre acestea, dacă nu pot fi confirmate, nu pot fi, însă, nici infirmate. Din aceste motive, orice discuŃie asupra acestor probleme trebuie să se păstreze la nivel de principiu. Este ceea ce şi facem în continuare.

A. FotorecepŃia Fotonii nu au capacitatea de a determina deschiderea canalelor ionice

prin acŃiune directă întrucât, prin natura lor, ei nu pot să interfereze nemijlocit nici cu procesul complexării organometalice a Ca²+ la gura canalelor, nici cu factorii ce o fac posibilă. De aceea, singura soluŃie optimă, reŃinută şi dezvoltată în procesul evoluŃiei, a constituit-o interpunerea unui proces de fotoliză a unei substanŃe primare (AB) capabil să dea naştere unor substanŃe secundare (A şi B) active în raport cu canalele (fig. 50A) pe care le deschid din interior (singurul caz printre receptori). SubstanŃele A şi B fie împreună, fie separat – una sau alta –, determină deschiderea canalelor ionice la nivelul membranei celulei receptoare, cu toate consecinŃele ce decurg din aceasta. În acest mod devine posibilă nu numai decelarea prezenŃei sau absenŃei luminii, ci şi a variaŃiilor intensităŃii ei. EvoluŃia ulterioară a mecanismului fotorecepŃiei a mers în direcŃia selectării din grupul substanŃelor fotosensibile a acelora care manifestau sensibilitatea maximă la fotoliză pentru anumite lungimi de undă şi anume, pentru acelea din suprapunerea în timp a cărora în proporŃii diferite puteau rezulta toate celelalte frecvenŃe componente ale luminii albe. Aceste frecvenŃe sunt cele ce corespund culorilor albastru, verde şi roşu numite, din acest motiv şi culori fundamentale.

Fig. 50 Mecanismul

fotorecepŃiei la nivelul conului (A) şi bastonaşului (B). AB – substanŃă complexă cu fotosensibilitate redusă; A' B' – substanŃă complexă cu fotosensibilitate sporită; A, B, A', B' – produşi de fotoliză capabili să determine, din interior, deschiderea canalelor ionice; C C – corpi celulari; ft – fotoni

110

Deşi asupra existenŃei celor trei tipuri de substanŃe selectiv fotosensibile nu mai există dubii – fotografia policromă reprezentând o dovadă în acest sens indirectă –, în ceea ce priveşte modul lor de distribuŃie – discretă, fiecare într-o celulă – controversele nu sunt încă încheiate. Că distribuŃia difuză este, cel puŃin aparent, mai fiziologică o dovedeşte şi faptul că, mutând privirea de pe o suprafaŃă colorată, spre exemplu, în roşu, pe una colorată în verde, cea de-a doua imagine ne apare, totuşi continuă.

ExistenŃa prezumtivă a celor trei tipuri de frecvenŃe, ca şi posibilitatea obŃinerii, prin suprapunerea lor în timp şi spaŃiu, a oricărei alte frecvenŃe, inclusiv a amestecului tuturor în obŃinerea senzaŃiei de lumină albă, pot reprezenta condiŃiile necesare şi suficiente pentru înŃelegerea discriminării nu numai a culorilor, dar şi a purităŃii acestora (nuanŃe), nu însă şi pentru elucidarea mecanismului de codificare a lor în baza structurării grupajelor de potenŃiale de acŃiune. Desigur, putem invoca o codificare de ordin superior la nivelul centrului cortical – ceea ce se practică în mod curent –, dar, în acest caz, se pune întrebarea: poate realiza centrul cortical singur o codificare conformă realităŃii pe o altă bază decât aceea oferită de informaŃiile culese de receptor, singurul aflat în contact cu realitatea, şi trimise ca grupaje structurate (modulate în perioadă) ale potenŃialelor de acŃiune?

Pentru variaŃiile naturale ale intensităŃii luminii se dezvoltă şi o a doua categorie neuronală care diferă de prima numai prin aceea că ea conŃine o substanŃă (A'B') cu o fotosensibilitate mult mai mare (fig. 50 B). Impactul acesteia cu un singur foton duce la fotoliză, motiv pentru care substanŃa A'B' nu „percepe” frecvenŃele fotonilor, ci numai prezenŃa lor. Acesta este motivul pentru care bastonaşele nu disting culorile. Ele funcŃionează într-o modalitate binară.

B. TermorecepŃia VariaŃiile termice pot influenŃa starea canalelor ionice în cel puŃin

două moduri: prin modificarea fluidităŃii matricei fosfolipidice a membranei (termodependentă) şi prin influenŃarea activităŃii enzimatice (termodependentă).

Datorită creşterii temperaturii fosfolipidele membranare trec din textură compactă în textură afânată (fig. 51) şi, astfel, rigiditatea lor dielectrică scade.

Ca urmare, ionii H+ de la faŃa externă vor putea migra direct printre macromoleculele fosfolipidice în spaŃiul intracelular, atraşi fiind de electronegativitatea din această zonă.

111

Fig. 51

Mecanismul termorecepŃiei Fosfolipidele cu textură compactă (TC) trec, prin creşterea temperaturii (Tº), la o textură afânată (TA), permiŃând migrarea la interior a ionilor H+ şi, prin

aceasta, determinând deschiderea canalului ConsecinŃa este deschiderea canalelor ionice şi generarea

potenŃialului de acŃiune, atunci când numărul acestora a atins valoarea critică. În ceea ce priveşte influenŃarea activităŃii enzimatice, problema este ceva mai complexă şi, întrucâtva, contradictorie. Se ştie că activitatea enzimatică sporeşte, între anumite limite, odată cu creşterea temperaturii. În acest caz, prin creşterea temperaturii în limite convenabile excitabilitatea nu ar trebui să se modifice întrucât ea generează două efecte antagonice: sporirea fluidităŃii fosfolipidelor, care duce la deschiderea canalelor ionice şi stimularea activităŃii ATP-azei, care duce la închiderea acestora. Deşi ambele influenŃe sunt realizabile, ele se petrec la valori diferite, variaŃiile termice fiind mai uşor şi mai rapid reflectate de fluiditatea fosfolipidelor decât de activitatea enzimelor. Acest fenomen poate fi implicat, deşi nu este singurul responsabil, în realizarea „adaptării” receptorului termic: la contactul cu apa încălzită la o temperatură superioară celei corporale avem la început senzaŃia de „fierbinte”, pentru ca, la scurt timp, aceasta să treacă într-o senzaŃie de „cald”.

Termoreceptorii informează centrii nervoşi nu despre temperatura mediului, ci despre starea lui termică în raport cu aceea a corpului la acel moment. Dacă se introduc mâinile în două vase cu apă aflată la temperaturi diferite: pentru stânga 12ºC, pentru dreapta 40ºC, senzaŃiile ce apar sunt de rece şi respectiv de cald. După câteva minute de submersie, timp în care senzaŃiile se estompează (adaptare), se inversează poziŃiile mâinilor: stânga la 40ºC şi dreapta la 12ºC. În acest moment, deşi temperatura în cele două vase nu s-a modificat, senzaŃiile ce apar sunt de „foarte rece” şi, respectiv

112

de „fierbinte”. Posibilitatea ca la nivelul tegumentului, care vine în contact cu oscilaŃii foarte mari ale temperaturii mediului, să existe formaŃiuni termoreceptoare distincte pentru cel puŃin două intervale de variaŃii nu poate fi negată. Aceasta întrucât fosfolipidele au, în funcŃie de tipul acizilor graşi ce le compun, valori caracteristice ale temperaturii de tranziŃie de la starea compactă (fluiditate redusă) la cea afânată (fluiditate sporită). Astfel, creşterea temperaturii dincolo de punctul de tranziŃie modifică prea puŃin fluiditatea fiziologică eficientă a fosfolipidelor. SituaŃia este similară, dar de sens invers, în cazul în care organismul pierde căldură. O dovadă în acest sens o poate constitui cazul animalelor hibernante la care, în perioadele de tranziŃie de la sezonul cald la cel rece şi invers, fosfolipidele membranei sunt înlocuite cu altele (schimbarea acizilor graşi) a căror temperatură specifică de tranziŃie se situează la o valoare adecvată fiziologic temperaturii sezonului care urmează. Încât, existenŃa a cel puŃin două categorii de receptori pentru sesizarea variaŃiilor termice mari ale mediului extern are, pe lângă valoarea ei de modalitate adaptivă, o importanŃă teoretică deosebită demonstrând că sistemul viu nu numai că se sustrage legităŃilor fizico-chimice ale domeniului neviu, ci şi le integrează speculându-le consecinŃele în folos propriu. De altfel, cazul analizat nu este singurul în organism, el fiind prezent la nivelul retinei, tegumentului, sistemului locomotor, etc. Şi lumina, a cărei intensitate variază în limite largi, impune cu necesitate existenŃa a două tipuri de fotoreceptori: unii pentru receptarea intensităŃilor reduse (celulele cu bastonaşe) şi alŃii pentru receptarea intensităŃilor sporite (celulele cu conuri). Şi în acest caz sistemul viu exploatează în folos propriu legea fizico-chimică a dependenŃei sensibilităŃii la lumină de structura chimică a substanŃelor fotosensibile.

C. MecanorecepŃia Câtă vreme în toate cazurile mecanismul recepŃiei este bazat pe

deschiderea canalelor ionice şi generarea de grupaje structurate de potenŃiale de acŃiune modulate în perioadă, este corect să admitem că stimulii mecanici realizează această deschidere prin deformarea membranei celulei receptoare pe porŃiuni mai mult sau mai puŃin extinse. Asemenea deformări pot duce la, cel puŃin, două categorii de consecinŃe, de regulă concomitente şi cu finalitatea comună: a) modificarea raporturilor spaŃiale dintre macromoleculele fosfolipidice sau/şi dintre acestea şi proteinele intrinseci generând spaŃii prin care ionii H+ migrează la interior şi b) deformarea canalului prin îngustarea sau lărgirea gurii sale externe, ceea ce duce la tensionarea mecanică până la rupere a legăturilor dintre Ca²+ şi liganzii proteici.

113

Deformarea membranei celulei receptoare poate fi produsă de stimulul mecanic fie direct – când forŃa se aplică acesteia, desigur, prin preluarea ei de către Ńesuturile şi lichidele interpuse –, fie indirect când forŃa se aplică cililor celulei şi deformarea are loc ca urmare a mişcării acestora. Primul caz îl întâlnim la nivelul tegumentului (receptori tactili şi de presiune), al sistemului locomotor (proprioreceptori), al organelor cavitare (preso şi voloreceptori) iar al doilea la nivelul urechii interne (celulele receptoare din organul lui Corti, crestele ampulare şi maculele senzitive). Un caz aparte, dar similar acŃiunii prin intermediul cililor, este acela al firului de păr de pe zonele pubescente ale tegumentului, prin mişcarea căruia se produc deformări mecanice ale membranei dendritelor aflate la baza lui.

La nivelul tegumentului şi sistemului locomotor, dată fiind variaŃia mare a stimulilor mecanici, nu numai sub aspectul intensităŃii, ci şi sub acela al modului de aplicare (sporadic, ritmic sau prelungit), întâlnim acelaşi fenomen de diversificare a formaŃiunilor mecanoreceptoare în raport cu anumite intervale valorice ale intensităŃii stimulilor, precum şi cu modalităŃile lor specifice de acŃiune. Pe această bază se explică diversitatea relativ mare de organizare a mecanoreceptorilor tegumentari şi pro-priceptivi. Mecanoreceptorii orientaŃi spre mediul intern din pereŃii organelor cavitare sunt mai unitari din acest punct de vedere, ei nefiind supuşi unor variaŃii atât de mari ale stimulilor specifici, aşa cum sunt supuşi cei exteroceptivi; diferenŃele mici de intensitate a stimulilor de la o zonă la alta determină, totuşi şi aici o anumită diversificare, dar numai în ceea ce priveşte excitabilitatea membranei. În grupul mecanoreceptorilor orientaŃi spre mediul extern, terminaŃiile nervoase libere sunt cele mai sensibile formaŃiuni nu atât din cauza unei excitabilităŃi mai ridicate decât a altora, cât pentru faptul că ele sunt lipsite de învelişuri adiacente. În cazul celor încapsulate (corpusculii Meisner, Vater-Pacini), pentru a produce deforma-rea membranei dendritice stimulul mecanic trebuie mai întâi să deformeze suficient învelişul acesteia („grilajul” de colagen al corpusculului Meisner, respectiv membranele succesive, separate de lichid de disipare a forŃei, pentru corpusculii Vater-Pacini).

D. ChemorecepŃia Mecanismul recepŃiei chimice, cel mai greu de înŃeles, constituie o

problemă asupra căreia s-au emis numeroase ipoteze. Nu ne vom opri asupra nici uneia dintre ele, ci vom enumera modalităŃile teoretic posibile, prin care substanŃele chimice, atât de diverse, pot determina deschiderea canalelor ionice şi generarea potenŃialelor de acŃiune. O parte dintre acestea sunt deja cunoscute, aşa încât le vom enumera doar.

114

Principial vorbind, aceste modalităŃi se pot grupa în două categorii după cum acŃiunea stimulului chimic se exercită asupra unei molecule cu rol de receptor membranar specializat, sau asupra matricei membranare. Nu poate fi exclusă coexistenŃa celor două modalităŃi la nivelul membranei aceleaşi celule receptoare, mai cu seamă dacă Ńinem cont de faptul că, pe lângă o modalitate de activare specifică, receptorul poate suporta şi una nespecifică. Modalitatea de acŃiune prin intermediul unor substanŃe specializate în acest sens ar determina o îngustare drastică a formaŃiunii receptoare care, astfel, nu ar mai fi capabilă să recepteze decât acei stimuli chimici pentru care deŃine situsuri adecvate. O asemenea modalitate ar putea fi admisă doar în cazul chemoreceptorilor spre mediul intern, la nivelul căruia homeostazia asigură o constanŃă chimică nu numai cantitativă (concentraŃie), ci şi calitativă (compoziŃie). Pentru cei exteroceptivi, aşa cum este celula olfactivă, modalitatea difuză (sau combinată cu cea discretă) ar asigura organismului posibilităŃi mai largi de exploatare chimică a mediului extern, cu consecinŃe benefice în planul integrării. Larga deschidere spre mediu a receptorului olfactiv este probată nu numai de cele câteva mii de mirosuri cunoscute de om, ci şi de faptul că el poate sesiza mirosurile noi ale unor substanŃe de sinteză, neexistente în condiŃii naturale. Această constatare nu-şi pierde valoarea de argument în sprijinul celor de mai sus dacă vom admite că mirosul nou al unei substanŃe de sinteză a rezultat prin amestecul unor mirosuri naturale elementare, întrucât şi în acest caz se pune, totuşi problema codificării acestui amestec la nivelul receptorului.

În modalitatea difuză de acŃiune pot fi implicate interferenŃele posibile ale substanŃei chimice stimulatoare cu ionii H+, pe care îi pot neutraliza sau disloca, cu fosfolipidele, cărora le pot determina tranziŃia la starea afânată, cu enzimele membranare, modificându-le nivelul de activitate, cu ionii Ca²+ pe care îi pot lega în complecşi organometalici mai stabili, cu proteinele-canal, cărora le pot masca punctele de ligandare sau cu zonele de legătură hidrofobă dintre proteinele-canal şi fosfolipide, determinând translarea canalelor în întregime şi, astfel, modificarea densităŃii lor pe zone restrânse ale membranei.

Numeroase observaŃii au condus la concluzia că diversele substanŃe chimice stimulatoare necesită intervale de timp diferite pentru a determina deschiderea numărului critic de canale. Acest interval poate fi numit latenŃă, având semnificaŃia timpului scurs între momentul impactului şi acela al deschiderii numărului critic de canale. LatenŃa măsoară deci, durata prepotenŃialului sau a aşa-numitului potenŃial de receptor. De regulă se ia ca exemplu chemorecepŃia gustativă. La nivelul cavităŃii bucale mugurii

115

gustativi (ansambluri de celule receptoare) sunt dispuşi pe papile de două categorii: proeminente la suprafaŃa mucoasei (fungiforme) şi inclavate în mucoasă (caliciforme) sau între pliuri ale acesteia (foliate). Această dispoziŃie reflectă existenŃa unei latenŃe mici pentru mugurii situaŃi pe papilele proeminente, contactul cu substanŃa sapidă limitându-se la timpul de masticaŃie după care substanŃa este antrenată de deglutiŃie odată cu saliva şi a unei latenŃe mari pentru cei dispuşi pe papilele inclavate, substanŃa sapidă continuând să acŃioneze un timp şi după deglutiŃie (saliva din asemenea adâncituri este antrenată mai greu de deglutiŃie). ExplicaŃia este plauzibilă dar nu şi singura posibilă. SubstanŃele cu gust amar, receptate de mugurii inclavaŃi sunt, în general, mai puŃin frecvente în alimente şi, atunci când ele există, concentraŃia lor este foarte redusă. Din această perspectivă am putea interpreta latenŃa mai mare a receptorilor pentru gustul amar ca o consecinŃă a concentraŃiei reduse a substanŃelor care îl generează (între intensitatea excitantului şi durata minimă de acŃiune există o relaŃie de inversă proporŃionalitate).

V. 1.1.1.4. Adecvarea receptorilor

În afara specializării funcŃionale în raport cu natura energetică a stimulilor, receptorii prezintă şi o adecvare funcŃională în raport cu importanŃa sau nivelul de semnificaŃie biologică. În fapt, adecvarea funcŃională vizează gradul de sensibilitate sau acuitatea receptorului. ImportanŃa sau nivelul de semnificaŃie biologică a unui stimul nu Ńine, însă, de natura sa energetică – fizică sau chimică –, ci de toleranŃa sistemului viu faŃă de mărimea variaŃiei parametrului fizico – chimic ce deŃine valoarea de stimul. Încât, pentru variaŃiile faŃă de care toleranŃa organismului este redusă, sensibilitatea sau acuitatea receptorului specific trebuie să fie mare. Pentru exemplificare, să considerăm receptorii analizatorilor gustativ şi olfactiv. Prin specializarea lor funcŃională ei aparŃin aceleiaşi categorii fiind receptori chemoelectrici, dar prin adecvare funcŃională ei aparŃin unor categorii diferite: cei olfactivi categoriei cu acuitate medie, iar cei gustativi celei cu acuitate redusă. La fel se pune problema şi în cazul receptorilor cu alte specializări: conurile (cu sensibilitate mică) şi bastonaşele (cu sensibilitate mare) la fotoreceptori, terminaŃiile nervoase libere (sensibilitatea mare) şi corpusculii Vater-Pacini (cu sensibilitatea redusă) la mecanoreceptori.

Tot în cadrul adecvării funcŃionale se include şi capacitatea receptorului de a-şi reduce sensibilitatea faŃă de stimulii cu acŃiune prelungită în timp (semnificaŃie redusă prin iterare), fără modificarea intensităŃii acestora (fenomen numit obişnuire sau adaptare). Deşi o

116

clasificare a receptorilor în baza acestui criteriu este posibilă, nu insistăm asupra ei fiind extrem de relativă. Subliniem, totuşi, faptul că marea majoritate a chemoreceptorilor din zonele reflexogene (interoceptori), a căror contribuŃie la menŃinerea homeostaziei mediului intern este esenŃială, sunt receptori ce nu prezintă fenomenul de obişnuire (adaptare).

V. 1.1.2. Calea aferentă a arcului reflex elementar

Grupajele potenŃialelor de acŃiune, structurate la nivelul receptorului, sunt preluate de calea de conducere aferentă, şi transmise la un centru proxim situat în segmentele subcorticale (medulare sau tronculare). Anatomic calea aferentă este segmentul arcului reflex interpus între receptor şi proximul centru nervos. Calea de conducere începe cu dendrita neuronului senzitiv care contactează celula receptoare, sau formează ea însăşi receptorul, şi se continuă până la corpul celular, situat în toate cazurile în afara axului cerebrospinal, de unde se continuă cu axonul acestuia până la proximul centru nervos, unde face sinapsă cu neuronul de asociaŃie (intercalar).

Particularitatea funcŃională esenŃială a căii de conducere este fidelitatea propagării. Dacă grupajele preluate de la receptor ar suferi modificări la nivelul căii de conducere, atunci ar apărea distorsiuni şi comenzile date de centru ar fi incorecte întrucât ar rezulta din prelucrarea unor informaŃii falsificate. Din acest motiv calea de conducere nu poate primi sinapse în lungul ei, sau influenŃe de altă natură nici la nivelul corpului celular, nici la nivelul prelungirilor sale. Acesta poate fi unul dintre motivele ce determină poziŃia extranervaxială a corpului celular al neuronului senzitiv (dar nu şi singurul). Faptul că pe membrana extrasinaptică a butonului axonal pot descărca anumite sinapse nu contravine afirmaŃiei anterioare deoarece aceasta nu descarcă neurotransmiŃători excitatori capabili de distorsiuni, ci fie neuromodulatori – care nu modifică structura grupajelor de potenŃiale –, fie neurotransmiŃători inhibitori – care blochează trecerea acestora prin sinapsă.

V. 1.1.3. Centrul nervos al arcului reflex elementar

Acesta reprezintă „dispozitivul” de prelucrare, stocare a informaŃiei şi elaborare a comenzii. Pentru arcul reflex elementar (subcortical) centrul este reprezentat de neuronii de asociaŃie şi de corpii celulari ai neuronilor efectori. Spunând aceasta comitem, după cum bine s-a intuit, o eroare, dar aceasta nu este întâmplătoare, ci deliberată. Acest centru, deşi elementar,

117

are o organizare mult mai complexă. La nivelul neuronului de asociaŃie nu descarcă doar sinapsa cu axonul neuronului senzitiv al arcului reflex considerat, ci numeroase alte sinapse provenind, direct sau indirect (prin mijlocirea altor neuroni asociativi), de la alte arcuri reflexe vecine, mai mult sau mai puŃin apropiate, dar corelate funcŃional cu cel dintâi. Încât, neuronul de asociaŃie nu are numai rolul de a stabili legătura între cel senzitiv şi cel efector. Reducându-l doar la aceasta, existenŃa însăşi a neuronului de asociaŃie îşi pierde orice justificare, legătura directă dintre ceilalŃi doi neuroni fiind mult mai simplă şi mai puŃin costisitoare pentru organism. În realitate, rolul principal al neuronului de asociaŃie este acela de prim integrator pentru informaŃiile ce vin la el prin mai multe sinapse, inclusiv cea de la neuronul senzitiv al arcului reflex pe care îl analizăm (vezi codificarea la nivelul somei neuronale). SituaŃia este similară şi pentru corpul celular al neuronului efector care, de asemenea, primeşte mai multe sinapse, pe lângă cea de la neuronul de asociaŃie. Rolul lui, în cadrul centrului arcului reflex considerat, este dublu: de ultim integrator pentru toate semnalele primite şi, pe această bază, de generator al comenzii finale.

Se foloseşte adesea termenul de „sumator” pentru corpul celular al neuronului. Deşi utilizarea lui nu este greşită, întrucât la acest nivel au loc şi procese de sumare, totuşi, considerăm mai potrivită folosirea termenului de „integrator” întrucât aici au loc şi alte tipuri de interferenŃe între potenŃiale, cum sunt facilitarea, prin creşterea prealabilă a excitabilităŃii zonale şi ocluzia, prin blocarea unei direcŃii de propagare fie datorită perioadei refractare, când canalele sunt încă deschise, fie datorită intervenŃiei neurotransmiŃătorului inhibitor, când canalele sunt blocate în poziŃia închis.

V. 1.1.4. Calea eferentă a arcului reflex elementar

În ordine funcŃională, calea eferentă are aceleaşi caracteristici cu cea aferentă, fidelitatea propagării fiind şi aici esenŃială. Anatomic, calea eferentă este reprezentată de segmentul arcului reflex cuprins între centrul nervos elementar (subcortical) şi efector.

În cazul în care calea eferentă merge la un efector (muşchi scheletic) ea este formată de axonul neuronului somatomotor (alfa, beta sau gama) al cărui corp celular intră în alcătuirea unui „centru” motor somatic subcortical. Ajuns la nivelul organului efector axonul dă naştere la scurte ramificaŃii terminate în butoni, al căror număr este adecvat tipului de activitate musculară, fiind cuprins între 3-15 pentru muşchi de precizie (exemplu muşchii extrinseci ai globului ocular) şi aproximativ 500 pentru muşchii de forŃă (exemplu muşchiul marele fesier). Fiecare terminaŃie butonală formează o sinapsă nauroefectoare (placă motorie) cu o fibră

118

musculară. La nivelul acestei sinapse există enzimă de inactivare a neurotransmiŃătorului (acetilcolinesteraza). Neuronul somatomor, împreună cu ramificaŃiile sale şi cu fibrele musculare la care acestea se distribuie, formează o unitate motorie terminală.

În cazul în care calea eferentă se adresează efectorilor vegetativi (muşchi netezi, Ńesut nodal şi glande) ea este formată de doi axoni: cel al neuronului efector al cărui corp celular se află în unul din „centrii” vegetativi subcortical din axul cerebrospinal şi cel al neuronului efector propriu-zis al cărui corp celular se află la nivelul unei formaŃiuni ganglionare extranevraxiale situată pe traiectul căii. Axonul celui de-al doilea neuron se ramifică şi el la nivelul efectorului vegetativ dând naştere la terminaŃii butonale dar, spre deosebire de calea eferentă somatică, butonii terminali nu formează sinapse autentice cu celulele efectoare, ci mai degrabă un fel de „joncŃiuni lejere”. Fiecare buton terminal eliberează de la distanŃă neurotransmiŃătorul care ajunge lent şi progresiv la nivelul mai multor celule efectoare. AcŃiunea prelungită în timp a neurotransmiŃătorului este posibilă deoarece, la acest nivel, lipsesc enzimele de inactivare sau activitatea lor este redusă.

Complexitatea căii eferente a arcului reflex vegetativ îşi găseşte justificarea în însuşi specificul funcŃional al efectorilor din această categorie. În vreme ce efectorul somatic (muşchiul scheletic) trebuie să răspundă prin contracŃie rapid şi strict localizat (pe unităŃi motorii terminale), efectorii vegetativi trebuie să dea răspunsuri contractile sau secretorii lente şi generalizate pe zone mai mult sau mai puŃin extinse. Pentru ca acestea să se poată realiza este necesar ca neurotransmiŃătorul să se elibereze lent, progresiv şi nu cuantificat. Aceasta se asigură prin viteza de propagare redusă, motiv pentru care axonul celui de-al doilea neuron al căii este nemielinizat. În acelaşi timp, existenŃa unui al doilea neuron pe calea eferentă vegetativă face posibilă sinteza şi eliberarea unui alt neurotransmiŃător (adrenalina) pentru antrenarea efectorului decât cel din sinapsele de pe restul căii (acetilcolina), în cazul fibrelor simpatice.

V. 1.1.5. Efectorul

ExistenŃa relaŃiei de directă proporŃionalitate între intensitatea stimulului aplicat la receptor şi mărimea răspunsului obŃinut la nivelul efectorului generează, adesea, părerea greşită potrivit căreia la nivelul arcului reflex ar avea loc o dublă conversie energetică: la receptor – transformarea energiei fizice sau chimice a stimulului în energie electrică (a potenŃialelor de acŃiune), respectiv la efector – a energiei electrice a potenŃialelor de acŃiune în energie mecanică (pentru efectori musculari) sau

119

chimică (pentru efectori secretori). O simplă privire, chiar şi neavizată, poate pune în evidenŃă decalajul dintre imensa energie mecanică dezvoltată de contracŃia unui muşchi scheletic, de exemplu şi infima cantitate de energie electrică dezvoltată de potenŃialele de acŃiune ce o determină. Nici una dintre interferenŃele arcului reflex nu realizează conversia energiei dintr-o formă în alta, ci asigură doar declanşarea unor procese ce duc la actualizarea unei anumite forme de energie potenŃială preexistentă la acel nivel. În cazul receptorului stimulul determină, prin valoarea lui, doar deschiderea numărului critic de canale, restul evenimentelor depinzând de valoarea energiei potenŃiale a gradienŃilor electrochimici realizaŃi în fazele anterioare prin activitatea pompei de Na+ - K+. În acelaşi mod, la nivelul efectorilor muscular sau secretor depolarizarea membranei se însoŃeşte şi de o creştere a concentraŃiei ionilor Ca2+ în spaŃiul citoplasmatic care fie activează o ATP – ază specifică (miozina) ce duce la eliberarea energiei chimice din stocuri preexistente (ATP), energie ce va fi convertită în lucru mecanic, fie asigură eliminarea prin exocitoză a produsului de secreŃie în spaŃiul extracelular (la glande). Dar nici mărimea contracŃiei musculare, nici cantitatea de produs chimic eliberat nu sunt determinate în mod direct de factorii declanşatori, ci de valoarea metabolismului din fazele precedente în care s-a realizat o anumită rezervă de ATP, respectiv un anumit stoc de produs de sinteză. La nivelul efectorilor proporŃionalitatea directă dintre valoarea semnalului electric (grupajele de potenŃiale de acŃiune) şi mărimea răspunsului este asigurată prin intermediul duratei depolarizării care determină valoarea creşterii concentraŃiei de Ca2+ , esenŃial atât pentru contracŃie, cât şi pentru exocitoză. La aceste niveluri, corelaŃia valorică este una mediată, nu directă.

Procesele declanşate de comenzile aduse pe calea eferentă sunt specifice tipului funcŃional al efectorului: contracŃia sau eliberarea produsului de sinteză. În ambele tipuri de procese cuplarea evenimentului electric de membrană cu cel mecanic sau secretor este realizată de ionul Ca2+. La efectorii musculari depolarizarea sarcolemiei determină creşterea Ca2+ sarcoplasmatic fie prin influx din exterior (la fibrele musculare netede), fie prin eliberarea din stocurile interne (la fibrele musculare striate). Creşterea concentraŃiei Ca2+ cu aproximativ un ordin de mărime (de la 10-7 M la 10-6 M) activează o ATP-ază specifică (miozina) ce va duce la eliberarea energiei chimice necesară contracŃiei.

Dacă mecanismul cuplării electromecanice este comun celor trei tipuri de fibre musculare – scheletică, miocardică şi netedă, modul lor de joncŃionare cu butonii terminali ai căii aferente este diferit. În timp ce la musculatura scheletică fiecare buton axonal joncŃionează cu o fibră

120

musculară formând o sinapsă, la musculatura netedă fiecare buton terminal al axonului nemielinizat (postganglionar) deserveşte un grup de fibre, cu care nu formează o sinapsă propriu-zisă, ci o joncŃiune neuromusculară lejeră. La miocard, care trebuie să se contracte succesiv în atrii şi ventricule, pentru a asigura sensul unic al circulaŃiei sanguine, butonii terminali ai axonilor amielinici (simpatici şi parasimpatici) nu stabilesc relaŃii directe cu fibrele contractile, ci mijlocite de formaŃiunile nodale cu care formează joncŃiuni specifice.

Sinapsa neuromusculară reflectă, prin modul de organizare funcŃională, specificul fiziologic al efectorului. Astfel, la musculatura striată de tip scheletic, întrucât eficienŃa scurtării este mai mare dacă fibrele ce compun organul muscular se contractă cu viteze diferite, în cadrul aceluiaşi muşchi există fibre rapide şi fibre lente, ponderea lor fiind diferită de la un organ la altul. Viteza de contracŃie a unei fibre scheletice este direct dependentă de viteza cu care potenŃialul de acŃiune se propagă de la placa motorie pe restul sarcolemei. La rândul ei, viteza de propagare este dependentă, tot direct, de valoarea căderii de potenŃial dintre porŃiunea postsinaptică depolarizată (placa motorie) şi restul sarcolemei aflată încă în repaus. Pentru a asigura o cădere de potenŃial sporită formaŃiunea postsinaptică va fi puternic pliată formând o suprafaŃă mare la fibrele cu viteză mare de contracŃie şi netedă, realizând o suprafaŃă redusă, la cele cu viteză mică (fig. 52 A şi B), deşi dimensiunile sinapsei sunt egale.

Întrucât specificul activităŃii musculaturii scheletici impune nu numai

o viteză mare de intrare în acŃiune a fibrelor, ci şi o revenire rapidă la starea

Fig. 52 (A, B) Sinapsa neuromusculară la o fibră musculară scheletică rapidă (A) şi la una lentă (B). S1,2 – suprafeŃele membranelor postsinaptice; d – diametrul sinapsei

121

de repaus, la nivelul sinapselor neuroefectorii de acest tip operează un sistem enzimatic (acetilcolinesteraza) capabil să anuleze rapid activitatea neurotransmiŃătorului (acetilcolina). La formaŃiunile neuro-efectorii vegetative, unde acŃiunea declanşată trebuie să fie prelungită în timp, acest sistem enzimatic lipseşte. În plus, prelungirea acŃiunii contractile, ca şi progresiva ei dezvoltare, sunt asigurate şi de distanŃa mare dintre butonul terminal al axonului amielinic şi elementele efectorii, contractile sau secretorii, pe care neurotransmiŃătorul trebuie să o străbată.

V. 1.1.6. Calea aferentă inversă a arcului reflex

Din cauza mulŃimii factorilor ce pot influenŃa procesul de declanşare a răspunsului pot apărea discordanŃe între intensitatea stimulului şi mărimea răspunsului contractil sau secretor. Din acest motiv se impune cu necesitate intervenŃia corectoare a centrului. Pentru aceasta este, însă, necesar ca centrul să fie permanent informat asupra modului de execuŃie a comenzii.

Fără un control riguros asupra modului şi calităŃii executării comenzii, actul reflex ar reprezenta doar un proces cu reglaj, nu însă şi unul cu autoreglaj, aşa cum pretinde organismul. Pentru realizarea controlului sunt necesare două formaŃiuni: a) un receptor specializat în sesizarea cel puŃin a unuia din efectele produse prin executarea comenzii şi b) o cale de conducere interpusă între acest receptor şi centrul de comandă, reprezentând aferentaŃia în sens invers.

AferentaŃia inversă poate fi realizată fie prin intermediul unei căi de conducere special constituită, numită şi cale retroaferentă, fie prin intermediul căii aferente directe care astfel îndeplineşte, în momente diferite, ambele roluri, informând centrul atât despre apariŃia variaŃiei unui factor de mediu, cât şi despre eficienŃa efectorului în direcŃia corectării ei. Cele mai multe arcuri reflexe au căi retroaferente special constituite, cu receptori proprii care sunt dispuşi în locuri strategice şi anume, acolo unde consecinŃele activităŃii efectorului sunt maxime. Astfel, în cazul efectorilor musculari (somatici şi vegetativi) receptorii retroaferentaŃiei, alŃii decât cei ai aferentaŃiei directe, sunt dispuşi chiar în interiorul organelor respective, aici manifestându-se la maxim consecinŃele contracŃiei. În cazul unui efector secretor, aşa cum este, de exemplu, pancreasul exocrin, receptorii retroaferentaŃiei nu se mai dispun la nivelul glandei efectoare, ci la nivelul intestinului întrucât aici se exercită acŃiunea sucului pancreatic. Pentru centrul nervos implicat în controlul pancreasului cantitatea în sine a unei enzime eliberate (proteo-, lipo- sau glicolitică) nu are nici o relevanŃă, importantă fiind doar adecvarea calitativ-cantitativă a acesteia la conŃinutul intestinal în care pot fi mai multe sau mai puŃine protide, lipide, respectiv

122

glucide. În acest caz receptorul intestinal (chemoreceptorul) şi calea de conducere spre centru asigură atât aferenŃa (directă), cât şi retroaferenŃa. AferentaŃia directă de la nivelul intestinului informează centrul nervos cu privire la calitatea şi cantitatea substanŃelor nutritive (proteine, lipide, glucide) venite aici din compartimentul gastric, informaŃii în baza cărora elaborează comanda spre pancreasul exocrin ca organ efector. Retroaferen-taŃia, realizată prin acelaşi receptor şi aceeaşi cale ca şi cea directă, informează centrul despre modul cum se modifică în timp substanŃele nutritive sub acŃiunea enzimelor pancreatice, informaŃii în baza cărora se asigură corectarea efectorului secretor.

Calea retroaferentă a fost considerată aici doar ca o componentă a arcului reflex elementar al cărui centru este situat subcortical. Unul şi acelaşi act reflex realizat în contextul general al organismului devine mult mai complex şi mai eficient, în primul rând, prin creşterea numărului de căi retroaferente. Astfel, activitatea unui lanŃ de muşchi scheletici este controlată de „centrii” (inclusiv şi mai cu seamă corticali) nu numai prin căile retroaferente specifice cu originea în proprioceptorii osteo-musculari şi articulari, ci şi prin altele, cu specific diferit, cum ar fi cele cu originea în receptorii vizuali, tegumentari, vestibulari şi auditivi prin intermediul cărora centrii corticali evaluează şi corectează activitatea efectorilor într-un context mult mai larg.

V. 1.2. Arcul reflex supraelementar

Schema de principiu a organizării arcului reflex supraelementar este identică cu aceea a arcului elementar, deosebirile fiind legate de complexitatea sporită a căilor de conducere şi a centrului. Fiind vorba nu de un alt arc reflex, ci de un alt nivel, superior, de organizare al aceluiaşi arc reflex, acest ansamblu funcŃional trebuie considerat ca o prelungire şi o dezvoltare a nivelului elementar (fig. 53).

De la centrul proxim, elementar, aflat în relaŃia directă cu receptorul, se continuă o cale ascendentă cu valoare de aferenŃă până la nivelul cortexului cerebral. Această cale poate avea pe parcursul ei una sau mai multe staŃii sinaptice la nivelul cărora se stabilesc relaŃii cu alte arcuri reflexe elementare şi supraelementare. De la nivelul centrului cortical, unde au loc prelucrarea şi stocarea informaŃiilor precum şi elaborarea comenzilor, coboară calea descendentă, cu valoare de eferenŃă, până la nivelul centrului elementar, aflat în relaŃie directă cu efectorul.

123

Această cale poate să fie neîntreruptă, sau poate avea una sau mai

multe staŃii sinaptice pe traseul ei, cu acelaşi rol ca şi la ascendentă.

V. 1.2.1. Calea aferentă a arcului supraelementar

Ea este formată de calea aferentă a arcului elementar (extranevraxială) şi de calea ascendentă corticală (intranevraxială), interpu-nându-se între receptor şi scoarŃă. Faptul că pe traseul ei se interpun unul sau mai mulŃi centri subcorticali nu schimbă calitatea (semnificaŃia) semnalelor generate de receptor. Altfel, centrul cortical ar primi semnale distorsionate, neconforme cu realitatea. StaŃiile sinaptice de pe parcursul ei nu au decât rolul de a asigura joncŃiunea cu alte arcuri reflexe elementare sau supraelementare. Este greşită opinia, potrivit căreia, calea ascendentă ar informa centrul cortical despre activitatea centrilor subiacenŃi. Asupra acesteia centrul cortical este informat pe căi ale aferenŃei inverse (feed-back). Orice intervenŃie în planul calităŃii informaŃiei pe parcursul căii de conducere (la nivelul staŃiilor) ar avea darul să introducă distorsiuni şi, implicit, erori în comandă. Orice intervenŃie a staŃiilor sinaptice de pe parcursul căii de conducere Ńine de sfera patologiei. În asemenea condiŃii, nu prelucrarea corticală este aberantă, ci alimentarea cu informaŃii (aberante). Aşa se explică faptul real că electroencefalograma, care caracterizează activitatea corticală în primul rând, poate apărea normală la unii bolnavi psihic. Pe traseul ei calea aferentă a arcului reflex supraelementar, face o primă staŃie sinaptică la nivelul centrului elementar, o ultimă staŃie la nivelul centrului cortical (supraelementar) şi una sau mai multe staŃii intermediare situate la diverse niveluri ale axului cerebrospinal.

Fig. 53 Schema arcului reflex supraelementar (cortical). R – receptor; CAF – cale aferentă; CA – cale ascendentă; CC – centru cortical; CD – cale descendentă; CEF – cale eferentă; CSC – centru subcortical; E – efector

124

Cu excepŃia celei cu originea la nivelul receptorului olfactiv, toate căile aferente corticale, provenind de la intero- şi exteroceptori, fac o staŃie sinaptică intermediară la nivelul regiunii talamice, înainte de a se proiecta pe scoarŃă. Atât excepŃia, cât şi regula au primit, de-a lungul timpului, explicaŃii foarte diferite, singura valabilă fiind aceea bazată pe considerente filogenetice. După cum se ştie, supremaŃia scoarŃei cerebrale în procesul integrării rezidă, printre altele, în faptul că ea reprezintă unicul centru la nivelul căruia converg informaŃiile provenite de la toŃi receptorii, fără nici o excepŃie. ExistenŃa unui asemenea centru reprezintă o necesitate în ordine general-cibernetică şi nu una în ordine specific-biologică. Integralitatea sistemului viu, ca şi coerenŃa raporturilor sale cu ambientul nu sunt posibile decât în prezenŃa unui centru de analiză şi sinteza concomitentă a tuturor informaŃiilor privitoare la realitatea actual trăită şi deja trăită (experienŃa acumulată). Dacă scoarŃa cerebrală este un asemenea centru aceasta nu trebuie să conducă la concluzia greşită că în cursul evoluŃiei prelucrarea centralizată a tuturor informaŃiilor a devenit posibilă numai o dată cu apariŃia acestei formaŃiuni. La organismele la care nu există scoarŃă (aşa cum sunt peştii) acest rol este îndeplinit de centrii talamici, la nivelul cărora converg informaŃiile provenite de la toŃi receptorii. Odată apărută, scoarŃa preia acest rol ea primind informaŃiile de la talamus prin axonii ultimilor neuroni ce intră în alcătuirea căii ascendente, ca parte a căii aferente a arcului reflex supraelementar. Însă, cum apariŃia scoarŃei cerebrale nu este un proces spontan, ci unul evolutiv, transferul funcŃiei de integrare supremă a organismului, de la talamus la scoarŃă, se face lent şi progresiv, astfel încât talamusul nu este eliminat, ci o foarte lungă perioadă de timp, cele două formaŃiuni conlucrează, ponderea scoarŃei sporind mereu în detrimentul talamusului.

Preluarea integrală a funcŃiei supreme de către scoarŃa cerebrală bine dezvoltată nu este un simplu proces de transfer de la o formaŃiune la alta, ci mai cu seamă unul de dezvoltare cantitativ-calitativă, o trecere pe un plan superior a alcătuirii şi structurii întregului sistem nervos. Ce şi cât îi rămâne talamusului din vechiul rol, care sunt noile sale funcŃii în aceste condiŃii este greu de precizat. Cercetările întreprinse în acest scop pe animale, bazate pe extirpări parŃiale sau totale ale scoarŃei, pe stimulări sau/şi distrucŃii locale sau generale la nivelul talamusului, nu pot fi concludente atâta vreme cât însăşi relaŃiile dintre aceste două formaŃiuni sunt încă necunoscute. Oricum, rolul talamusului nu trebuie coborât la acela al unei simple formaŃiuni de releu, rămasă ca un vestigiu al unei etape trecute a evoluŃiei; în asemenea condiŃii el ar fi dispărut de mult, în absenŃa unui rol anume el aducând doar dezavantajul unei întârzieri sinaptice în plus.

125

În privinŃa căii olfactive care constituie o excepŃie în sensul că, în drumul ei spre scoarŃă, nu face staŃie talamică, explicaŃia este acum simplă. Întrucât simŃul olfactiv este legat direct de respiraŃia aeriană, informând centrii integratori despre posibila incompatibilitate a aerului pentru schimbul de gaze la nivel pulmonar, el apare mai târziu şi anume la speciile ce părăsesc mediul acvatic. Cum la acest moment al evoluŃiei talamusul, ca centru suprem de integrare al acestor specii, era deja constituit, noua cale cu originea la nivelul receptorilor olfactivi şi-a constituit un centru propriu în afara celui existent. Tocmai aceasta este primordiul scoarŃei cerebrale.

V. 1.2.2. Centrul nervos al arcului reflex supraelementar

Dacă la nivelul centrului nervos al arcului reflex elementar (subcortical) prelucrarea unui număr redus de informaŃii asigură elaborarea unor comenzi standardizate şi limitate, generatoare de răspunsuri la nivelul unui anumit efector (sau grup de efectori), la nivelul centrului nervos al arcului reflex supraelementar (cortical) prelucrarea unui număr maxim de informaŃii – actuale şi/sau memorate – duce la elaborarea unor comenzi nestandardizate şi extinse, generatoare de răspunsuri la nivelul oricărui efector (sau grup de efectori). Dacă la nivelul arcului reflex elementar răspunsul este adecvat exclusiv stimulului care l-a generat, la nivelul celui supraelementar acesta este adecvat şi circumstanŃelor în care acŃionează stimulul. În fine, dacă în primul caz obŃinerea răspunsului necesită un consum minim şi constant de timp, în cel de-al doilea consumul de timp este variabil şi întotdeauna superior celui de la nivelul arcului elementar.

Superioritatea funcŃională a scoarŃei cerebrale în raport cu ceilalŃi centri nervoşi rezidă, în primul rând, în modul ei de organizare şi, abia în al doilea rând, în diferenŃele calitative ale neuronilor componenŃi. În planul organizării specifice scoarŃa a) primeşte informaŃii de la toŃi receptorii organismului; b) poate interveni, direct sau indirect, în activitatea tuturor efectorilor din organism; c) deŃine numărul cel mai mare de neuroni de asociaŃie şi d) are neuronii dispuşi în suprafaŃă şi nu în volum. Fiecare din aceste particularităŃi asigură avantaje în plan funcŃional, neîntâlnite la ceilalŃi centrii. Astfel, coincidenŃa spaŃio-temporală a tuturor informaŃiilor, actuale şi/sau memorate, face posibilă integrarea organismului mai mult în baza semnificaŃiei stimulilor, decât în aceea a intensităŃii lor; posibilitatea intervenŃiei, directe sau mediate, în activitatea oricărui efector conferă caracter coerent, unitar răspunsurilor şi actelor comportamentale; numărul maxim de neuroni asociativi, destinaŃi stabilirii de legături complexe şi multiple nu numai între neuronii receptori (senzitivi) şi cei efectori, ci şi între neuronii de acelaşi tip funcŃional, asigură realizarea unei totalităŃi de

126

relaŃii interneuronale cu un pronunŃat caracter dinamic adică realizarea unei structuri modulare cu toate consecinŃele funcŃionale ce decurg din aceasta; dispunerea neuronilor în suprafaŃă şi nu în volum conferă scoarŃei posibilitatea realizării şi a unor relaŃii nonsinaptice între diversele zone de pe întreaga ei suprafaŃă în baza proceselor de iradiere şi concentrare. În baza modului ei de structurare scoarŃa acŃionează întotdeauna ca o totalitate, independent de intensitatea sau semnificaŃia stimulilor. Din acest motiv, atunci când vorbim de segmentul central al unui reflex supraelementar, nu trebuie să ne gândim la porŃiuni distincte ale unei totalităŃi, ci la totalitatea însăşi.

V. 1.2.3. Calea eferentă a arcului reflex supraelementar

Comenzile elaborate la nivelul scoarŃei cerebrale, considerată ca totalitate, sunt trimise spre efectori prin căi eferente directe (fără staŃii sinaptice pe traseu) sau indirecte. Dispuse între centri corticali şi efectori ele se compun dintr-o porŃiune intranevraxială, numită cale descendentă, şi una extranevraxială reprezentată de calea eferentă a arcului reflex elementar, devenită astfel o cale finală comună celor două tipuri de arcuri. Fiind un canal purtător de mesaje, calea eferentă corticală se supune aceleiaşi reguli a fidelităŃii de propagare. Aceasta nu trebuie interpretată însă în mod îngust, fidelitatea propagării având semnificaŃie doar în planul calitativ al răspunsului. Comenzile ce vin pe căi eferente indirecte (cu staŃii sinaptice pe parcurs) pot suferi modificări cantitative determinate de intervenŃia unor centri inferiori aflaŃi pe traseu în baza unor informaŃii pe care aceştia le obŃin de la nivelul efectorilor destinatari ai comenzilor. Ca exemple de asemenea centri subcorticali sunt hipotalamusul, pentru căile eferente vegetative şi cerebelul, pentru cele somatice (extrapiramidale).

V. 2. NoŃiunea de organ nervos

Organul reprezintă o entitate anatomo-funcŃională în cadrul sistemului în care intră ca parte componentă. La rândul său, organul este un sistem cu o alcătuire (totalitatea Ńesuturilor ce îl compun) şi o structură (totalitatea relaŃiilor semnificative dintre Ńesături) bine definite. Ca entitate anatomică organul este delimitat în spaŃiu prin propria sa alcătuire, iar ca entitate funcŃională este delimitat în spaŃiu şi timp prin propria sa structură.

O simplă grupare de Ńesuturi lipsită de frontiere anatomice nu poate îndeplini o funcŃie distinctă şi, prin consecinŃă, ea nu are valoare de organ întrucât nu constituie o entitate integrată în sine şi nici integrabilă într-un sistem.

127

Din acest unghi de privire măduva spinării, bulbul, puntea, mezencefalul etc. nu au valoare de organe componente ale sistemului nervos. În primul rând, ele nu pot fi delimitate anatomic, substanŃa albă a măduvei, de exemplu, formată din căi ascendente şi descendente, continuându-se în toate celelalte formaŃiuni. În mod similar, cea mai mare parte din substanŃa albă a telencefalului este formată din fibre cu provenienŃă şi destinaŃie din şi spre alte zone şi numai o mică parte din fibre ce îi aparŃin (fibrele de asociaŃie şi cele comisurale). În al doilea rând ele sunt indistincte pe plan funcŃional atât între ele, în interiorul sistemului nervos, cât şi fiecare în raport cu acesta (întregul). Despre fiecare în parte, ca şi despre întreg, nu putem spune decât că, în plan funcŃional, realizează (sau participă la) integrarea organismului. Dar integrarea organismului nu este un proces difuz, ci unul discret, mediul însuşi (intern sau extern) caracterizându-se prin existenŃa mai multor parametri fizico-chimici distincŃi, ale căror variaŃii în timp şi spaŃiu sunt quasiin dependente şi quasialeatorii. Sistemul integrator primeşte, la nivelul unor centri specializaŃi, informaŃii cu privire la multiplele modificări ale mediului prin mijlocirea unor receptori adecvaŃi naturii energetice a acestora şi a unor căi de conducere distincte, pentru ca în baza prelucrării lor, la unul sau la mai multe niveluri calitative (medular, supramedular, cortical), să poată elabora comenzile cele mai potrivite ce vor fi adresate acelor efectori care pot satisface în cel mai înalt grad interesele momentane şi de perspectivă ale organismului. Încât integrarea organismului se realizează, succesiv sau concomitent, pe anumite direcŃii, decise de natura şi semnificaŃia stimulului şi în anumite modalităŃi, decise de starea de moment a organismului şi de circumstanŃele în care acesta se află. Putem vorbi, astfel, de integrarea organismului în raport cu stimulii termici, luminoşi, chimici sau mecanici, dar nu de o integrare în general, deci acauzală.

Totalitatea componentelor anatomice de origine nervoasă care participă la realizarea integrării organismului în raport cu o anumită categorie de stimul formează un ansamblu funcŃional cu valoare de organ nervos. Măduva, bulbul, puntea etc., nu sunt decât regiuni anatomice ale axului cerebrospinal, dar nu organe ale sistemului nervos. Din acest unghi de privire, organele sistemului nervos sunt de patru categorii, după natura energetică a variaŃilor din mediu (stimul) în raport cu care se realizează integrarea organismului: termică, luminoasă, chimică şi mecanică, fiecare prezentând variante funcŃionale. Toate organele sistemului nervos au o alcătuire unitară, ele nefiind altceva decât arcurile reflexe supraelementare, deja analizate. Astfel, toate formaŃiunile de origine nervoasă care participă la integrarea chimică a organismului constituie un organ nervos aparŃinând

128

categoriei chemointegratoare. Multiplele sale variante, determinate de considerente neesenŃiale în raport cu integrarea organismului ca proces (locul variaŃiei receptate – mediul intern sau extern –, calitatea substanŃei chimice ce se instituie ca excitant specific – substanŃă organică sau anorganică etc.), nu alterează cu nimic esenŃa funcŃională unitară a acestui organ. Integrarea chimică este un proces unitar pentru organism, independent de faptul că variaŃiile în acest plan îşi au originea în plan extern, de unde sunt sesizate de receptorii gustativi, digestivi sau olfactiv, sau în mediul intern (sânge), de unde sunt sesizate de chemoreceptorii zonelor reflexogene (specializaŃi pentru glucoză, aminoacizi, acizi graşi, Na+, K+, H+ etc.).

Spre deosebire de organele aparŃinând altor sisteme, care au funcŃie definită şi previzibilă în ceea ce priveşte finalitatea, organele nervoase sunt modulare, ele putându-se reorganiza permanent atât funcŃional, cât şi anatomic, cu toate consecinŃele ce decurg din acestea. Caracterul modular al organelor nervoase este conferit de scoarŃa cerebrală întrucât toate acestea converg la nivelul ei unde, datorită numărului mare al neuronilor de asociaŃie şi prezenŃei proceselor inductive pe distanŃe mari, ele pot să stabilească relaŃii reciproce practic nelimitate. Încât, la nivel cortical, componenta aferentă a unui arc reflex, aparŃinând unui anumit organ nervos, poate joncŃiona temporar cu componenta eferentă şi efectorul unui alt arc reflex, aparŃinând altui organ nervos. Caracterul temporar al unor astfel de relaŃii conferă sistemului integrator, şi prin el organismului, cele mai largi posibilităŃi de integrare. Astfel, în circumstanŃe diferite un anumit stimul poate declanşa apariŃia unor răspunsuri diferite, tot aşa cum diverşi stimuli pot declanşa în alte circumstanŃe, unul şi acelaşi răspuns. Dacă apariŃia unei surse luminoase în câmpul vizual declanşează, în mod necondiŃionat, un răspuns muscular de orientare a capului în vederea localizării acesteia în spaŃiu, acelaşi stimulul poate declanşa o reacŃie salivară sau de apărare, cu condiŃia ca stimul luminos să fi precedat, într-o experienŃă anterioară şi recentă, apariŃia unui aliment sau a unui agent nociv. În celălalt plan, secreŃia salivară poate fi răspunsul comun dat succesiv sau concomitent unor stimuli legaŃi de gustul, mirosul sau vederea alimentului, cât şi de cei ce îi preced apariŃia: zgomotul preparării, timpul administrării sau oricare factor cu valoare de semnalizare a apariŃiei acestuia.

Interpelarea organelor nervoase la nivel cortical nu este un proces întâmplător. Organizarea şi reorganizarea lor este funcŃie de factori ce Ńin de interioritatea sistemului viu, oricum, în mai mare măsură decât de cei ce Ńin de variaŃiile mediului. Numai aşa se explică realitatea că organismul viu răspunde stimulilor, în primul rând, în raport cu semnificaŃia acestora şi, abia în al doilea rând, în raport cu natura şi intensitatea lor.

129

VI. RELAłII INTERNEURONALE ÎN CADRUL

ARCURILOR REFLEXE De vreme ce unitatea de alcătuire şi structură a sistemului nervos este

arcul reflex, iar organul nervos este reprezentat de totalitatea arcurilor reflexe ce asigură integrarea organismului în raport cu o anumită categorie de stimuli din mediu (intern sau extern), se poate conchide că existenŃa solitară nu este posibilă pentru nici un neuron. ExistenŃa oricărui neuron dobândeşte justificare numai în măsura în care el este cuprins, cel puŃin, într-un arc reflex. Având în vedere convergenŃa arcurilor reflexe nu numai la nivel cortical, ci şi subcortical, majoritatea neuronilor intră în alcătuirea mai multor arcuri reflexe. Cu atât mai mult în cazul scoarŃei cerebrale, unde majoritatea neuronilor sunt asociativi, vom întâlni numeroase puncte nodale în care un singur neuron se instituie ca o placă turnantă pentru mai multe arcuri reflexe.

VI. 1. RelaŃii sinaptice (circuite neuronale)

La nivelul sistemului nervos neuronii se înlănŃuie prin sinapse formând circuite de complexitate şi utilitate diferite. Există câteva tipuri de circuite neuronale (fig. 54) care, însă, nu epuizează complexitatea reală a relaŃiilor interneuronale din sistem. În cadrul fiecărui tip de circuit importante sunt: numărul sinapselor, calitatea lor şi modul de funcŃionare. Considerând că fiecare circuit are la ieşirile sale efectori musculari, din răspunsurile acestora în timp vom putea deduce importanŃa acestor circuite. Întrucât viteza de propagare pe axoni şi dendrite este foarte mare (aproximativ 160 m/s), pentru distanŃele reduse din organism o vom neglija în aceste estimări, luând în considerare doar întârzierile sinaptice.

Pe circuitul linear (fig. 54 A) efectorul va răspunde după 2,5 ms (cinci sinapse, fiecare cu o întârziere de 0,5 ms) de la intrarea potenŃialului de acŃiune pe circuit. Deşi numărul sinapselor din acest circuit rămâne constant în timp, durata totală a întârzierii poate să scadă dacă circuitul este solicitat sistematic într-o anumită succesiune.

130

Fig. 54 (A, B, C, D, E)

Tipuri de circuite neuronale A – linear; B – divergent; C – convergent; D – paralele; X, Y, Z – subcircuite paralele; E – reverberant; S – semnate (stimul); 1-3- ieşiri spre efectori sau spre alŃi neuroni; NI – neuron inhibitor

Aceasta întrucât o parte din membranele veziculelor cu mediator ce

se deschid spre sinapsă sunt integrate membranei butonului terminal, a cărui suprafaŃă creşte reducând lărgimea fantei sinaptice şi, deci, întârzierea transmiterii (vezi interfaŃa intrare-ieşire). Pe circuitul divergent (fig. 54 B) procesele sunt identice. În acest caz se pot imagina variante cu un număr diferit de sinapse, ceea ce conferă posibilitatea intrării în acŃiune a efectorilor într-o ordine şi la intervale de timp diferite.

Circuitul convergent (fig. 54 C), având o cale finală comună pentru mai multe circuite, asigură mai largi posibilităŃi de intercondiŃionare spaŃio – temporală între acestea. În funcŃie de concomitenŃa sau succesiunea în

131

timp a celor trei semnale de intrare (S1-S2) pot apărea efecte foarte diferite, de la facilitare până la ocluzie.

Circuitul paralel (fig. 54 D), pe lângă cele ce-i pot fi extrapolate din analiza celorlalte tipuri, poate asigura multiplicarea răspunsului la acŃiunea unui semnal unic la intrare. Se poate observa că, datorită numărului diferit de sinapse pe cele trei subcircuite, semnalul unic de la intrare va determina apariŃia a trei răspunsuri succesive la nivelul efectorului 1 în ordinea y, x, z, separate de 0,5 ms. unul de altul.

Circuitul reverberant (fig. 54 E) este capabil să asigure recircularea multiplă a potenŃialului unic de la intrare, astfel încât, la ieşire, să se obŃină un număr mare de semnale, număr dependent atât de bucle, cât şi de sinapsele străbătute. Cum, însă, trecerea prin sinapsă se realizează cu o anumită pierdere, insensibilă la o singură transmitere transinaptică, dar remarcabilă la trecerea succesivă prin mai multe, potenŃialele la ieşire vor fi nu numai multiplicate, ci şi diminuate progresiv în amplitudine până la o valoare ce devine ineficientă (subluminată). În circuitele de acest tip, se pot intercala şi neuroni inhibitori (fig. 54 E, NI). EsenŃial într-o asemenea buclă este faptul că neuronul inhibitor are o excitabilitate mai redusă decât toŃi neuronii excitatori din circuit. Când intensitatea semnalului S la intrare este inferioară pragului de excitabilitate al neuronului inhibitor acesta nu va fi depolarizat şi circuitul va funcŃiona în mod normal. Dacă, însă, valoarea semnalului S creşte până la atingerea pragului specific acestuia, el va fi depolarizat şi va elibera mediatorul inhibitor (exemplu GABA) blocând transmiterea la nivelul sinapsei şi astfel în întregul circuit. În acest mod, bucla în care este integrat neuronul inhibitor funcŃionează ca un subcircuit de protecŃie pentru întregul ansamblu, blocând trecerea semnalelor ce depăşesc o anumită intensitate şi frecvenŃă.

VI. 2. Interrela Ńii nonsinaptice

Caracterul unitar al sistemului nervos rezidă şi în legăturile nonsinaptice realizate la diferite niveluri ale axului cerebrospinal între neuronii circuitelor vecine aparŃinând unor arcuri reflexe diferite. InterrelaŃiile nonsinaptice au loc atât la nivelul corpilor celulari, cât şi al prelungirilor acestora. Dacă prin legăturile sinaptice neuronii îşi transmit uni direcŃionat mesaje codificate într-un limbaj specific, prin cele nonsinaptice ei se influenŃează reciproc şi nespecific în planul excitabilităŃii. Mijlocitorul unor astfel de relaŃii este electrolitul extracelular, comun pentru toŃi neuronii.

132

VI. 2.1. RelaŃii nonsinaptice între corpii celulari

Să considerăm corpii celularii a doi neuroni vecini (fig. 55).

Câtă vreme ambii neuroni se vor afla în stare de repaus încărcătura

lor externă va fi aceeaşi ca semn – electropozitivă –, dar nu întotdeauna de aceeaşi valoare. Sarcinile pozitive sunt menŃinute în proximitatea feŃei externe a membranei fiecărui neuron de forŃa electronegativă internă, forŃă a cărei mărime este exprimată de valoarea potenŃialului membranar de repaus. Dacă, dintr-un motiv oarecare, electro negativitatea internă a neuronului se reduce, suprafaŃa externă a acestuia, deşi rămâne tot pozitivă, va acŃiona ca un câmp negativ (în realitate, mai puŃin pozitiv) asupra sarcinilor pozitive de pe suprafaŃa neuronului vecin, o parte dintre protonii aflaŃi la suprafaŃa acestuia vor migra în sensul câmpului. Fenomenul se accentuează atunci când neuronul a este depolarizat. Ca urmare, o parte din canalele ionice ale neuronului b îşi vor reduce din fermitatea închiderii sau se vor deschide. În acest din urmă caz se va produce un influx corespunzător al ionilor Na+, în consecinŃa căruia la nivelul neuronului b se produc: i) reducerea potenŃialului de repaus, deci creşterea excitabilităŃii şi îi) creşterea concentraŃiei interne a Na+, deci afectarea homeostazei ionice a citoplasmei. Această a doua consecinŃă determină o intensificare corespunzătoare a pompei ionice, în calitatea ei principală de mecanism homeostazic, întrucât ATP-aza specifică este stimulată de însăşi creşterea concentraŃiei Na+ intern. Deşi nu intervine în consecinŃa creşterii excitabilităŃii, ci a afectării homeostaziei, pompa reface concomitent şi valoarea potenŃialului de repaus şi realizează.

Fig. 55 InterrelaŃii non-sinaptice între doi

corpi celulari vecini (a,b)

133

Iată reînchiderea canalelor ionice prin angajarea antiportului Na+/H+. Datorită inerŃiei sale metabolice pompa nu-şi va reduce brusc activitatea în momentul restabilirii concentraŃiei interne a Na+, ci va continua încă un timp mărind astfel valoarea potenŃialului membranar de repaus şi, prin aceasta, reducând excitabilitatea faŃă de starea iniŃială. În situaŃia în care neuronul a nu îşi reduce, ci îşi măreşte valoarea potenŃialului membranar de repaus (hiperpolarizare) fenomenul rămâne identic schimbându-se doar sensul de electromigrare a ionilor H+, cu toate consecinŃele ce decurg din aceasta.

În cadrul relaŃiei nonsinaptice dintre neuronii vecini aflaŃi la potenŃiale diferite rolul principal revine electromigrării ionului H+ la faŃa externă a membranei care, prin concentraŃia lui, condiŃionează starea canalelor ionice. Este demn de remarcat faptul că reducerea în acest mod a concentraŃiei ionilor H+ la suprafaŃa unei membrane sporeşte valoarea excitabilităŃii acestuia nu numai –oricum, nu în primul rând – prin determinarea deschiderii canalelor ionice, ci şi, mai cu seamă, prin reducerea fermităŃii închiderii acestora, cunoscut fiind faptul că stabilitatea complexului organometalic format de ionul Ca2+ cu proteinele canal este strict dependentă de pH. Ceea ce decide asupra uneia sau alteia dintre modalităŃi este nu atât căderea de potenŃial dintre suprafeŃele externe ale neuronilor a şi b, cât modul producerii ei în timp. Potrivit unei logici lineare am fi tentaŃi să considerăm că, pentru neuronul afectat, importantă este doar consecinŃa – creşterea excitabilităŃii –, nu şi modalitatea în care aceasta a fost produsă. Considerând, însă, aceste evenimente în procesualitatea lor, precum şi faptul că – la nivelul sistemului viu (neuronul) – reflectarea este activă, vom putea constata că ne aflăm în faŃa a două tipuri de excitabilitate identică în plan valoric, dar total diferite în plan funcŃional.

Valoarea prag a unui stimul este dată de capacitatea acestuia de a determina deschiderea numărului critic de canale ionice. Acest număr critic nu reprezintă o constantă neuronală, ci o mărime dependentă de viteza de lucru a pompei de Na+-K+ la momentul impactului cu stimulul. Aceasta întrucât stimulul este un factor ce duce la afectarea homeostazei ionice a citoplasmei, iar pompa este un mecanism ce duce la refacerea şi întreŃinerea ei. Dacă impactul stimulului surprinde pompa la o viteză redusă de lucru atunci numărul critic de canale va fi mai mic (excitabilitatea mai mare), invers faŃă de situaŃia când pompa este surprinsă la o viteză sporită (excitabilitatea mai mică). Pompa de Na+-K+ este însă un mecanism prin care celula reacŃionează activ doar faŃă de modificările homeostaziei în plan ionic, nu şi ale excitabilităŃii ca stare, viteza ei de lucru fiind determinată de

134

dependenŃa ATP-azei specifice exclusiv de concentraŃiile citoplasmatice ale ionilor Na+ şi K+. Încât, dacă în cadrul relaŃiilor nonsinaptice, electromi-grarea ionilor H+ determină creşterea excitabilităŃii prin deschiderea unui număr subcritic de canale, influxul de Na+ prin acestea va afecta homeostazia, dar şi valoarea potenŃialului de repaus şi va obliga neuronul la o reacŃie de răspuns ce constă în sporirea corespunzătoare a vitezei de lucru a pompei, ca mecanism homeostazic, cu toate consecinŃele ce decurg din aceasta, în primul rând, refacerea şi chiar coborârea excitabilităŃii sub nivelul iniŃial (datorită inerŃiei metabolice a pompei). Dimpotrivă, dacă electromigrarea ionilor H+ este subcritică şi determină creşterea excitabilităŃii nu prin deschiderea canalelor ionice, ci numai prin reducerea fermităŃii închiderii acestora, homeostazia ionică şi, deci, valoarea potenŃialului de repaus nu se vor modifica şi neuronul nu va reacŃiona, pompa de Na+-K+ rămânând la aceeaşi valoare a vitezei de lucru, cu toate consecinŃele ce decurg din aceasta, în primul rând, persistenŃa în timp a excitabilităŃii ridicate până în momentul impactului cu un alt stimul.

O problemă aparte o constituie distanŃa până la care se pot stabili asemenea relaŃii nonsinaptice între neuroni. ApariŃia unei zone mai electronegative prin reducerea potenŃialului de repaus ori prin inversarea acestuia la nivelul unuia sau mai multor corpi celulari dă naştere unui câmp electrostatic a cărui forŃă, exercitată la infinit, scade cu pătratul distanŃei. Întrucât neuronii cei mai afectaŃi sunt cei mai apropiaŃi de focarul considerat, nu ar fi lipsită de sens implicarea relaŃiei nonsinaptice în distribuŃia spaŃială a corpilor celulari neuronali aparŃinând anumitor arcuri reflexe în cadrul aceluiaşi centru nervos, precum şi a interpunerii între aceştia a unui număr mai mare sau mai mic de celule gliale cu rol de amortizare a efectului prin propriul lor potenŃial de membrană. Nu poate fi exclusă implicarea ei nici în determinarea topografiei „centrilor” pe formaŃiunile corticale unde, dispunerea corpilor celulari în suprafaŃă şi nu în volum, asigură realizarea unor asemenea relaŃii nonsinaptice pe distanŃe mult mai mari. Încât, vecinătatea a doi corpi celulari sau a doi centri ar putea trăda conlucrarea lor în planul funcŃiilor specifice şi pe baza interrelaŃiilor nonsinaptice.

VI. 2.2. InterrelaŃii nonsinaptice între prelungirile neuronale

Acest tip de relaŃii mai este cunoscut şi sub numele de transmitere efaptică. Să considerăm două prelungiri neuronale vecine cuprinse într-un nerv (fig. 56).

InfluenŃa exercitată reciproc la nivelul nodurilor vecine se bazează pe acelaşi mecanism descris la relaŃiile dintre corpii celulari. Şi aici

135

excitabilitatea nodului b poate să crească, datorită electromigrării ionilor H+ de la acest nivel în sensul gradientului, fie prin reducerea fermităŃii închiderii canalelor, fie prin deschiderea acestora într-un număr subcritic.

Spre deosebire de cazul corpilor celulari, la care modalitatea de

creştere a excitabilităŃii era decisă, în primul rând, de viteza de producere a căderii de potenŃial şi, în al doilea rând, de valoarea absolută a acesteia, la prelungirile neuronale modalitatea este decisă exclusiv de distanŃele dintre acestea întrucât, pe oricare prelungire neuronală potenŃialul de repaus este constant în timp, neexistând sinapse, el modificându-se doar în consecinŃa propagării şi atunci numai în forma potenŃialului de acŃiune cu amplitudine şi desfăşurare în timp constante, potenŃialele de acŃiune vor fi influenŃate prin deschiderea canalelor ionice, în timp ce prelungirile situate mai departe, datorită estompării cu pătratul distanŃei a efectelor generate de potenŃialele de acŃiune, vor fi influenŃate prin reducerea fermităŃii de închidere a canalelor. De aici decurg consecinŃe funcŃionale diferite, deosebit de importante. În fibrele (axoni, dendrite) cele mai apropiate de cea care conduce potenŃiale de acŃiune excitabilitatea crescută prin deschiderea unui număr subcritic de canale va determina reacŃia compensatoare a pompei care, datorită inerŃiei sale metabolice, va produce o hiperpolarizare, deci o excitabilitate redusă. În acest mod se asigură o propagare localizată strict la nivelul fibrei iniŃiale. Deci fibrele apropiate celei stimulate trec prin două faze succesive: una de hiperexcitabilitate şi alta de hipoexcitabilitate. Durata celei dintâi va fi dependentă de viteza de reacŃie a pompei, iar a celei de-a doua de durata propagării în fibra iniŃială.

Fig. 56 InterrelaŃii nonsinaptice între două prelungiri neuronale vecine (a, b)

136

În cazul fibrelor situate la distanŃă, la care excitabilitatea a crescut prin reducerea fermităŃii de închidere a canalelor, fără tulburarea homeostazei, pompa nu are motive să reacŃioneze şi, în consecinŃă, aceste fibre trec printr-o singură fază – cea de hiperexcitabilitate – a cărei durată se va extinde pe toată durata de propagare pe fibra stimulată.

În baza acestor două tipuri de influenŃă fibrele ce compun nervii sau fasciculele de substanŃă albă intranevraxială vor fi astfel dispuse încât distanŃele dintre ele să corespundă nevoilor funcŃionale specifice. Încât, la nivelul nervilor – mai cu seamă a celor micşti – grosimea tecilor Henlle şi a lamelor conjunctive ale perinervului, precum şi modul de grupare a fibrelor în cadrul subunităŃilor unui nerv, nu pot fi străine de consecinŃele relaŃiilor nonsinaptice dintre fibre.

137

VII. CENTRII NERVO ŞI

Deşi centrul nervos este definit ca un ansamblu de corpi celulari –

ceea ce este parŃial adevărat –, nu orice aglomerare de corpi celulari are valoare de centru. Pentru a putea fi definit este necesară raportarea acestuia la schema cibernetică a arcului reflex atât în planul alcătuirii, cât şi al structurii sale. Din acest unghi de privire, între termenul de centru nervos şi acela de segment central al arcului reflex este o evidentă similitudine, nu însă şi identitate. InformaŃiile de la receptor sunt trimise prin canalele purtătoare la segmentul central unde, ca urmare a prelucrării lor specifice, se elaborează comanda destinată efectorului. Descrierea este la nivel de principiu de organizare a unui arc reflex în general. Dar arc reflex „în general” nu există, ci doar arcuri concrete alcătuite din formaŃiuni strict localizate şi bine definite, organizate în ceea ce mai sus am numit „arc reflex supraelementar”, în care cel elementar este parte. Integrarea realizată la nivelul unui arc reflex real din organism este un proces mult mai complex decât simpla reacŃie de răspuns la acŃiunea unui stimul. Retragerea membrului superior la contactul cu un obiect fierbinte este doar o latură a integrării în acest sens. Ea a fost precedată de procese vegetative (activitatea cardiovasculară, respiratorie, endocrină etc.) ce fac posibilă contracŃia musculară în oricare moment (glucoză, oxigen, catecolamine etc.) şi va fi urmată de altele de tip similar prin care se înlătură efectele produse, inclusiv refacerea ATP-ului. Dacă sustragerea din faŃa unui pericol sau alte motive impune intrarea în acŃiune a mai multor lanŃuri musculare pe durată mai lungă (alergare), atunci chiar în timpul realizării acŃiunii locomotorii activitatea de integrare devine şi mai complexă atât în planul somatic al coordonării şi reglării acŃiunii în sine, cât şi în planul vegetativ al asigurării condiŃiilor necesare acesteia. Asemenea acŃiuni de o mare complexitate, implicând participarea concomitentă şi succesivă într-o anumită ordine a numeroase ansambluri de arcuri reflexe somatice şi vegetative impun cu necesitate localizarea grupată a segmentelor centrale ale tuturor acestora pentru a se putea asigura prelucrarea centralizată a informaŃiilor şi, ca urmare, elaborarea comenzilor celor mai potrivite din mai multe posibile. O asemenea grupare unitară a segmentelor centrale ale arcurilor reflexe are valoare de centru nervos.

Dacă privim acum problema din perspectiva întregului organism şi avem în vedere toate acŃiunile de orice tip pe care acesta le poate îndeplini

138

în diverse împrejurări, precum şi faptul că suntem în faŃa unui sistem unitar, a unei entităŃi ale cărei activităŃi nu pot fi decât coerente şi unitare, pornind de la toate acestea ar trebui ca, pentru asigurarea prelucrării centralizate a tuturor informaŃiilor şi elaborării comenzilor optime în oricare zonă efectoare, segmentelor centrale ale tuturor arcurilor reflexe din organism să se dispună la acelaşi nivel, deci să se grupeze într-un singur centru nervos. Este exact ceea ce găsim în organism! Acest centru este scoarŃa cerebrală.

Dacă scoarŃa cerebrală este centrul nervos unic la nivelul căruia sunt prezente segmentele centrale ale tuturor arcurilor reflexe supraelementare ale organismului atunci, din acest motiv, ea deŃine supremaŃia în procesul general al integrării. Fiind în această ipostază scoarŃa, ca centru nervos unic, va elabora orice comandă numai în baza prelucrării tuturor informaŃiilor ajunse într-un moment dat la nivelul ei, indiferent dacă acestea provin din realitatea trăită (actuală) sau deja trăită (memorată ca experienŃă). Cum aceste procese complexe implică un consum relativ mare de timp, datorat numărului sporit de sinapse, răspunsurile efectorilor la acŃiunile stimulilor, deşi superioare calitativ, ar surveni cu o întârziere ce ar putea reduce sau chiar anula eficienŃa integrării, întrucât nu sunt puŃine situaŃiile în care pentru organism este mai importantă promptitudinea decât calitatea răspunsului. Desigur, eficienŃa maximă a integrării rezultă numai din răspunsuri prompte şi de calitate. Dar, între aceste atribute ale răspunsului există o contradicŃie: promptitudinea nu poate fi asigurată decât de arcuri reflexe cu un număr minim posibil de neuroni (sinapse puŃine), ceea ce duce la pierderi în planul calităŃii, iar calitatea de arcuri reflexe cu un număr maxim de neuroni (sinapse numeroase), ceea ce duce la pierderi în planul promptitudinii. Ca urmare, cele două atribute nu pot fi conferite răspunsului la stimuli nici în acelaşi timp, nici de acelaşi centru. De aici necesitatea ca, pe lângă centrul cortical, care asigură calitatea maximă a răspunsurilor să existe – pentru aceeaşi acŃiune integratoare, deci pentru acelaşi arc reflex – şi un centru subcortical, care să asigure promptitudinea maximă a răspunsurilor. Deducem de aici că arcul reflex supraelementar (cortical) şi arcul reflex elementar (subcortical) nu reprezintă două formaŃiuni anatomice diferite, ele având, de altfel, şi părŃi comune (receptorul, calea aferentă, calea eferentă şi efectorul) ci niveluri de organizare ierarhică ale aceluiaşi arc reflex complex şi unitar, la nivelul căruia se realizează integrarea organismului în raport cu o anumită categorie energetică (luminoasă, termică, chimică, mecanică) a stimulilor din mediu (intern sau extern).

139

VII. 1. NoŃiunea de centru nervos

De pe această nouă bază poate fi mai corect definită noŃiunea de centru nervos. Ansamblul unitar de corpi celulari care participă, direct sau indirect, la prelucrarea şi stocarea informaŃiilor privitoare la o anumită, sau la oricare categorie de stimuli, la elaborarea, modularea şi corectarea comenzilor destinate unei anumite, sau oricărei categorii de efectori constituie un centru nervos. Prelucrarea şi stocarea informaŃiilor, elaborarea, corectarea şi modularea comenzilor fiind doar laturi ale unui proces unitar – integrarea organismului într-un anumit plan funcŃional –, valoarea de centru nervos a unui ansamblu de corpi celulari se judecă numai din această perspectivă şi nu fragmentar. În cadrul acestui ansamblu corpii celulari se grupează unitar în formaŃiuni cu rol preponderent fie în receptarea, prelucrarea şi stocarea informaŃiilor, fie în elaborarea, corectarea şi modularea comenzilor.

Din motivele mai sus expuse este greşit să vorbim de centri nervoşi senzitivi, de asociaŃie sau efectori în general, corectă fiind doar denumirea de centru nervos al unei anumite activităŃi reflexe în care se includ formaŃiunile cu rol receptor, de asociaŃie şi efector (coarne, nuclei sau arii). Din acelaşi motive nu oricare ansamblu de corpi celulari are valoare de centru nervos. Ganglionii senzitivi, spinali sau cranieri, deşi sunt asocieri de corpi celulari nu au valoare de centri întrucât la nivelul lor nu se realizează toate procesele ce dau conŃinut integrării. În aceeaşi situaŃie se află ganglionii vegetativi simpatici şi parasimpatici.

VII. 2. Modificări de excitabilitate în jurul focarului stimulat

Rezultând din asocierea corpilor celulari aparŃinând anumitor tipuri funcŃionale de neuroni, centri nervoşi, ca şi arcurile reflexe, vor funcŃiona în baza proceselor ce caracterizează atât activitatea fiecărui neuron în parte, cât şi relaŃiile dintre corpii celulari ai acestora. Cu toate acestea activitatea centrilor nu este rezultatul simplei asocieri sumative a celor două categorii de procese. În plan calitativ această activitate dobândeşte valenŃe noi ce nu pot fi reduse la suma valenŃelor specifice proceselor ce-i stau la bază, ceea ce denotă existenŃa unei asocieri integrative a acestora.

Întrucât cele două categorii de procese au fost deja analizate, în cele ce urmează vom aborda doar câteva aspecte ale activităŃii centrilor în care acestea sunt implicate.

VII. 2.1. Creşterea excitabilităŃii în jurul focarului (iradierea)

Dacă un grup de corpi celulari din interiorul unui centru sunt stimulaŃi (depolarizaŃi), excitabilitatea corpilor celulari din jur creşte pentru

140

scurt timp. Valoarea acestei creşteri pentru un corp celular dat este dependentă atât de nivelul stimulării în focar, cât şi de distanŃa la care el este dispus faŃă de acesta. Fenomenul are la bază relaŃiile de tip nonsinaptic dintre corpii celulari. La realizarea unei asemenea relaŃii participă şi celulele gliale interpuse.

Fig. 57

Modificarea excitabilităŃii în jurul focarului de excitaŃie (iradierea şi concentrarea) Să considerăm doi neuroni în momentul depolarizării lor prin

aferenŃele proprii (fig. 57). Câmpul electronegativ apărut astfel la suprafaŃa lor externă va determina electromigrarea ionilor H+ de pe suprafeŃele corpilor celulari din jur şi, în consecinŃă, deschiderea canalelor ionice în număr subcritic şi un influx corespunzător de Na+. Ca urmare, valoarea iniŃială a potenŃialului membranar de repaus (-80 mV) se va reduce, iar excitabilitatea va creşte. Cum forŃa câmpului electronegativ al focarului de excitaŃie scade cu pătratul distanŃei, excitabilitatea cea mai ridicată o vor avea neuronii cei mai apropiaŃi. Deşi viteza de electromigrare a ionilor H+ este mare, totuşi afectarea excitabilităŃii neuronilor din jur nu este concomitentă, ci succesivă, ultimul afectat în acest plan fiind neuronul cel mai îndepărtat. Din acest motiv, desfăşurarea în timp a fenomenului are loc ca o iradiere efectivă în jurul focarului excitat. Ceea ce iradiază însă nu este excitaŃia, ci excitabilitatea, neuronii din jurul focarului suferind doar o reducere a valorii potenŃialului de repaus şi nu o inversare a lui. La analiza relaŃiilor nonsinaptice dintre corpii celulari s-a făcut precizarea că excitabilitatea poate să crească atât prin deschiderea canalelor ionice în

141

număr subcritic, cât şi prin reducerea fermităŃii închiderii acestora. În cazul acum analizat este necesară precizarea că, tocmai datorită acestei a doua modalităŃi, distanŃa până la care se produce creşterea excitabilităŃii se extinde şi asupra neuronilor mai îndepărtaŃi, al căror potenŃial de repaus nu îşi modifică valoarea.

Starea de excitabilitate crescută indusă prin iradiere este una progresivă. Durata menŃinerii ei depinde, în primul rând, de modalitatea în care a fost produsă, fiind mai mare pentru neuronii afectaŃi prin reducerea fermităŃii închiderii canalelor, întrucât faŃă de aceasta neuronul nu reacŃionează prin pompaj. În al doilea rând, această durată depinde, pentru cazul afectării excitabilităŃii prin deschiderea canalelor ionice, de promptitudinea intervenŃiei pompei de Na+-K+. Ca mecanism cu o anumită inerŃie metabolică, inerŃie determinată de sensibilitatea ATP-azei faŃă de variaŃiile concentraŃiilor ionilor Na+ şi K+

şi de rezistenŃa opusă de membrană la traversare, pompa prezintă variaŃii de amplitudine şi randament în funcŃie atât de specificul neuronului, cât şi de anumite circumstanŃe.

Independent de modalitatea prin care s-a produs, creşterea excitabilităŃii în jurul focarului de excitaŃie are serioase consecinŃe asupra funcŃionalităŃii zonei, influenŃând atât activitatea fiecărui neuron în parte, cât şi relaŃiile sinaptice şi nonsinaptice dintre aceştia.

VII. 2.2. Scăderea excitabilităŃii în jurul focarului (concentrarea)

Pentru corpii celulari a căror excitabilitate a fost sporită prin deschiderea canalelor în număr subcritic, influxul Na+ a afectat homeostazia celulelor în plan ionic. Creşterea concentraŃiei interne a ionilor Na+ determină activitatea ATP-azei specifice şi, în acest mod, creşterea vitezei de lucru a pompei, în calitatea ei de mecanism homeostazic. În acest mod se reface nu numai homeostazia, ci şi voltajul membranar prin inactivarea (închiderea) canalelor ionice. Dacă afectarea homeostazei ionice este mare şi refacerea ei va presupune un consum de timp mult mai mare, datorită naturii metabolice a pompajului care se caracterizează prin inerŃie şi viteză de lucru relativ redusă.

În exemplul de mai sus (fig. 57), primii neuroni care vor reacŃiona prin intensificarea pompajului vor fi cei situaŃi mai aproape de focar, întrucât ei au fost cei dintâi şi cel mai grav afectaŃi în planul homeostaziei. Deşi neuronii cei mai îndepărtaŃi sunt ultimii care reacŃionează prin pompaj ei îşi vor reface cei dintâi homeostazia întrucât consumul de timp necesar pompelor pentru a reface un decalaj de numai 2 mV este inferior celui necesar pentru a reface 10 mV. Încât, readucerea potenŃialului la valori mai

142

negative este un proces care înaintează dinspre periferie spre focar, ca o concentrare, invers decât iradierea. Din motivele arătate, privind natura diferită a celor două procese, viteza revenirii este mult mai mică.

Fiind un mecanism inerŃial pompa de Na+-K+ are nevoie de un anumit timp pentru a trece de la o valoare la alta a vitezei de lucru. În consecinŃă, pompajul va continua şi după atingerea homeostaziei în plan ionic ducând astfel potenŃialul la valori mai negative. Aceasta întrucât ATP-aza specifică este inhibată progresiv de reducerea în aceeaşi manieră a concentraŃiei interne de Na+. Desigur, cu cât afectarea homeostaziei a fost mai gravă, cu atât viteza de lucru a pompei a crescut mai mult şi cu atât mai mare va fi inerŃia ei metabolică. Încât, neuronii cei mai apropiaŃi de focar vor atinge potenŃialul cel mai negativ şi excitabilitatea cea mai redusă dintre toŃi cei afectaŃi în faza de iradiere. Astfel, deşi aferenŃele stimulează în continuare neuroni, din focar, excitaŃia va rămâne în continuare cantonată la nivelul acestuia, excitabilitatea neuronilor celor mai apropiaŃi lui fiind mult diminuată comparativ cu momentul iniŃial al iradierii.

Faptul că în această fază excitaŃia rămâne concentrată la nivelul focarului nu trebuie să conducă la concluzia greşită că relaŃiile nonsinaptice dintre neuroni au încetat. Electronegativitatea focarului atrage şi acum sarcinile pozitive din zonele învecinate, unii ioni H+ suferă chiar electromigrarea, dar, întrucât forŃa cu care aceste sarcini pozitive sunt reŃinute în preajma corpilor celulari din jur este mult mai mare şi viteza pompei este superioară faŃă de starea de repaus, efectele focarului asupra neuronilor din jur vor fi aproape nule.

VII. 2.3. Iradierea şi concentrarea în suprafaŃă şi în volum

Iradierea excitabilităŃii, ca formă a relaŃiilor interneuronale nonsinaptice, este un proces datorat jocului forŃelor fizico-chimice pasive, iar concentrarea la nivelul focarului, ca modalitate de restabilire a homeostazei ionice, este un proces datorat mecanismului biochimic-metabolic al pompei active. Din aceste motive ambele procese vor fi prezente la nivelul oricărei asocieri de corpi celulari, independent de faptul că aceasta constituie sau nu un centru nervos, sau de morfologia, specificul funcŃional ori nivelul la care se dispune în axul cerebrospinal sau pe traiectul formaŃiunilor extranevraxiale. După cum bine s-a înŃeles, concentrarea în focar este urmarea firească a iradierii.

Întrucât asocierile de corpi celulari pot da naştere la formaŃiuni cenuşii dispuse în suprafaŃă sau în volum, se înŃelege că distanŃa până la care electronegativitatea focarului va fi eficientă este mai mare pentru formaŃiunile cenuşii dispuse în suprafaŃă (fig. 58 A), decât pentru cele dispuse în volum (fig. 58 B).

143

Fig. 58 (A, B)

Iradierea în suprafaŃă (A) şi în volum (B) Din acest motiv inducŃia este mai evidentă şi mai operantă pe

formaŃiunile corticale decât pe cele nucleare. Aceasta este, cu certitudine, una dintre modalităŃile de asigurare a supremaŃiei funcŃionale a formaŃiunilor corticale, pe lângă aceea a asigurării unor mai largi posibilităŃi de interconectare sinaptică a corpilor celulari. Chestiunea poate fi uşor demonstrată prin aceea că elaborarea reflexelor condiŃionate, bazată şi pe asemenea procese, presupune un număr mult mai mic de asocieri la organismele care au scoarŃă decât la cele la care aceasta încă nu a apărut.

VII. 2.4. InducŃia simultană şi consecutivă

Stimularea unui focar induce în neuronii din jur modificări de excitabilitate ce constau într-o creştere a acesteia într-o primă fază şi pentru un scurt timp, urmată de o scădere a ei într-o fază ulterioară şi, pentru un interval mai lung de timp, egal de regulă cu durata stimulării focarului. Aceasta reprezintă inducŃia simultană care este bifazică şi nu monofazică cum uneori se mai susŃine.

InducŃia consecutivă este rezultatul logic al desfăşurării potenŃialului de acŃiune la nivelul oricărui corp celular. Întrucât pompa, în calitatea ei de mecanism electrogen inerŃial, nu poate să-şi reducă brusc activitatea în momentul refacerii stării ini Ńiale a potenŃialului membranar, valoarea acestuia se va accentua devenind mai negativ (postpotenŃial de hiperpolarizare). Astfel încât, la nivelul focarului, după încetarea stimulării, se va instala o fază de excitabilitate redusă (hiperpolarizare), cu toate consecinŃele ce decurg din aceasta.

În intimitatea lor procesuală fenomenele inductive au la bază variaŃia potenŃialului membranar de repaus al neuronilor din jurul unui focar stimulat (inducŃia simultană), respectiv al neuronilor din focar după

144

încetarea stimulării (inducŃie consecutivă), variaŃie ce se repercutează asupra excitabilităŃii acestora în baza unei relaŃii de inversă proporŃionalitate. Dacă inducŃia simultană pozitivă din timpul iradierii este determinată de electromigrarea pasivă a ionilor H+, inducŃia simultană negativă din timpul concentrării, ca şi inducŃia consecutivă negativă, sunt determinate de inerŃia mecanismului homeostazic activ reprezentat de pompă.

VII. 2.5. Centri nervoşi ca sisteme logice cu mai multe stări posibile

Din analiza mecanismelor ce stau la baza fenomenelor inductive se poate deduce că la nivelul oricărei asocieri de corpi celulari coexistă sau se succed multiple şi variate stări funcŃionale. Ar fi cel puŃin simplificator să mai considerăm că activitatea centrilor nervoşi se bazează pe modalitatea binară – excitaŃie-inhibiŃie. Atunci când s-a discutat despre geneza potenŃialului de acŃiune s-a făcut precizarea că aceasta este condiŃionată de activarea numărului critic de canale ionice de către stimulul cu valoare liminală. Tot cu acel prilej s-a putut constata că şi stimulii subliminali determină consecinŃe la nivelul potenŃialului membranar, dar nu îndeajuns de intense pentru a se putea propaga. Dacă, însă, membrana somei neuronale este un mozaic cu excitabilităŃi diferite, aşa cum este ea în realitate la quasitotalitatea neuronilor, este cert că o variaŃie de potenŃial cu amplitudine mică, fără şanse de propagare pe o membrană cu potenŃial uniform, va putea să se propage pe acele direcŃii pe care aceasta va prezenta o excitabilitate sporită. Pe baza excitabilităŃii în mozaic a membranei somei neuronale, diversele sinapse pot determina apariŃia, în puncte diferite, a unor variaŃii de potenŃial de valori cuprinse între una minimă, dată de deschiderea unui singur canal ionic şi una maximă, dată de deschiderea numărului critic în condiŃiile date. Ca urmare, la nivelul somei neuronale putem vorbi de mai multe stări active, toate determinate de starea deschisă a canalelor ionice, dar diferenŃiate între ele prin numărul acestora.

Pe de altă parte, atunci când canalele se află în stare închisă ele nu prezintă aceeaşi susceptibilitate la deschidere întrucât într-o anumită zonă a membranei ele pot fi mai ferm închise, în alta mai puŃin ferm. Gradele diferite de fermitate a închiderii canalelor, însemnând valori diferite ale excitabilităŃii (fără contribuŃia compensatoare a pompei), determină şanse de propagare diferite pentru variaŃii diferite ale potenŃialului membranar. Ca urmare, diversele zone ale centrilor nervoşi, la nivelul cărora se manifestă nu numai proprietăŃile intrinseci ale neuronilor individuali, ci şi consecinŃele relaŃiilor sinaptice şi nonsinaptice dintre aceştia, se vor putea

145

afla într-una din multiplele stări funcŃionale posibile, determinate atât de numărul canalelor deschise, cât şi de gradul de fermitate al închiderii acestora. Din aceste motive centri nervoşi nu funcŃionează ca sisteme binare, ci ca sisteme logice cu mai multe stări posibile. Numărul stărilor posibile ale diverşilor neuroni este diferit, el fiind cu atât mai mare cu cât sinapsele ce descarcă la nivelul fiecăruia sunt mai numeroase. De aici şi diferenŃele cantitativ-calitative ale integrării realizate la nivelul arcurilor elementare şi supraelementare, centri celor din urmă (corticali) fiind formaŃi din corpi celulari ce primesc un număr maxim de sinapse. Găsim în aceasta încă un mod de a argumenta superioritatea scoarŃei cerebrale faŃă de ceilalŃi centri. În acelaşi timp trebuie remarcat faptul că şi între centri subcorticali există asemenea diferenŃe, numărul sinapselor sporind, de regulă, de la cei medulari la cei tronculari şi diencefalici, cu toate consecinŃele în plan funcŃional ce decurg din aceasta.

De pe această nouă bază putem înŃelege mai bine de ce nu orice asociere de corpi celulari constituie un centru nervos. Ganglionii senzitivi ai nervilor omonimi (spinali şi cranieni) sunt asocieri de corpi celulari pe care nu descarcă sinapse, iar ganglionii nervilor vegetativi efectori conŃin corpi celulari cu un număr minim de sinapse constituind formaŃiuni ce nu participă la prelucrarea informaŃiilor şi elaborarea comenzilor şi nu au valoare de centri nervoşi.

146

VIII. FORMAłIUNI GANGLIONARE

FormaŃiunile ganglionare sunt asocieri de corpi celulari dispuse pe

traiectul nervilor senzitivi (sau al ramurilor omonime ale nervilor micşti) şi al nervilor efectori vegetativi. Rolurile lor funcŃionale sunt diferite, participarea la procesele de integrare vizând alte calităŃi decât aceea de centri nervoşi.

Atât dispunerea lor în afara axului cerebrospinal, cât şi rosturile lor fiziologice nu pot fi înŃelese decât în contextul arcurilor reflexe din care fac parte.

VIII. 1. Ganglionii senzitivi

Aceşti ganglioni reprezintă asociaŃii ale corpilor celulari aparŃinând protoneuronilor, independent de apartenenŃa acestora la arcurile reflexe somatice sau vegetative. Faptul că aceşti corpi celulari se dispun în afara axului cerebrospinal îşi poate afla explicaŃia într-un anume proces de reciclare a neurotransmiŃătorului la nivelul lanŃurilor neuronale.

Există dovezi indirecte că eliberarea neurotransmiŃătorului în fanta sinaptică este redundantă. Revenirea sinapsei la starea de repaus implică înlăturarea mesagerului de la acest nivel, fie prin recaptarea activă în butonul axonal sau prin difuziune în interstiŃii, fie prin liză enzimatică. Produşii rezultaŃi din liza enzimatică vor fi încorporaŃi, cel mai probabil activ, în neuronul postsinaptic unde vor fi utilizaŃi de acesta ca materie primă pentru sinteza propriului mediator. Astfel, în cadrul unui circuit, fiecare neuron primeşte de la precedentul o importantă cantitate de materie primă pentru sinteza propriului mediator (acetilcolina)1. Singurul neuron care nu poate beneficia de un asemenea aport este protoneuronul aflat la capătul iniŃial al circuitului. Sinteza acetilcolinei la acest nivel bazându-se exclusiv pe aportul sanguin de materie primă, vascularizaŃia corpilor celulari ai protoneuronilor trebuie să fie net superioară vascularizaŃiei celorlalŃi neuroni. Aceasta poate fi asigurată în condiŃii optime numai prin dispunerea corpilor celulari în afara axului cerebrospinal unde formează ganglioni senzitivi sau asocieri neuronale omoloage acestora (neuronii olfactivi şi neuronii fotosensibili).

147

VIII. 2. Ganglionii vegetativi

O particularitate a căilor eferente vegetative este alcătuirea lor din prelungirile axonice a doi neuroni: primul având corpul celular situat intranevraxial, iar al doilea în afara axului. Asocierea corpilor celulari ai acestora din urmă formează ganglioni situaŃi pe traiectul nervilor efectori vegetativi. Problema principală, în acest caz, nu este situarea lor extranevraxială, ci însuşi raŃiunea existenŃei lor. Cu alte cuvinte, căror necesităŃi răspunde existenŃa celui de-al doilea neuron în cadrul căii eferente vegetative?

Întrucât efectorii vegetativi (muşchi netezi, unele formaŃiuni secretorii şi Ńesutul nodal al inimii) au un alt specific funcŃional decât cei somatici (muşchi scheletici), căile eferente ce le aduc comenzi trebuie adecvate acestuia. Astfel, de exemplu, musculatura netedă de la nivelul vaselor, organelor cavitare şi conductelor trebuie să dezvolte contracŃii lente, de forŃă redusă şi de durată mare. Toate acestea impun particularităŃi de organizare a căii de conducere, capabile să asigure atât prelungirea în timp cât şi extinderea în spaŃiu a acŃiunii neurotransmiŃătorului. Aceste parcularităŃi constau în: a) lipsa mielinei la nivelul axonului care se distribuie fibrelor netede, prin aceasta asigurându-se o eliberare prelungită în timp a neurotransmiŃătorului, b) prezenŃa joncŃiunilor neuromusculare lejere (în locul sinapselor tipice) caracterizate prin eliberarea de la distanŃă a neurotransmiŃătorului, astfel încât un singur buton terminal axonal deserveşte mai multe fibre musculare netede, prin aceasta asigurându-se extinderea spaŃială a acŃiunii şi c) lipsa enzimelor de inactivare a neurotransmiŃătorilor la nivelul joncŃiunii, prin aceasta sporind durata acŃiunii acestora. De aici deducem că, existenŃa celui de-al doilea neuron al căii eferente vegetative, al cărui axon este lipsit de mielină, răspunde necesităŃii de adecvare a comenzii la specificul funcŃional al efectorului.

În cazul arcului reflex somatic, ultimul beneficiar este fibra musculară scheletică la nivelul căreia colina şi acetilul sunt folosite în alte scopuri în cadrul metabolismului. Rolul trofic al inervaŃiei motorii s-ar putea să nu fie străin de acest aport material.

În afară de aceasta, existenŃa ganglionilor vegetativi aduce serioase avantaje şi în alte direcŃii. În primul rând se asigură disiparea comenzii unice, elaborată de centru, spre mai mulŃi efectori prin aceea că axonul unui singur neuron central face sinapsa la nivelul ganglionilor cu mai mulŃi neuroni terminali (circuite divergente)1. În al doilea rând, la nivelul arcurilor

_____________ 1 Gradul de divergenŃă este mai ridicat pentru ganglionii simpatici

comparativ cu cei parasimpatici

148

reflexe vegetative sau somato-vegetative, se poate asigura adecvarea timpului de latenŃă2 la specificul funcŃiei integrate de acestea prin ampla-sarea ganglionului la o distanŃă mai mare sau mai mică de efector deci, prin lungimea diferită a porŃiunii postganglionare amielinice care conduce impulsul cu viteză redusă. Găsim în aceasta o explicaŃie plauzibilă a diferenŃelor de lungime ale fibrelor postganglionare simpatice (mai lungi) şi parasimpatice (mai scurte), sau chiar la nivelul simpaticului care are ganglionii dispuşi atât la distanŃă mare de efectori (ganglionii paravertebrali), cât şi la distanŃă mică (ganglionii celiac, mezenterici). În al treilea rând dispunerea extranevraxială a ganglionilor simpatici asigură şi posibilitatea unei mai bune vascularizaŃii a corpilor celulari ai neuronilor ganglionari care nu pot recicla acetilcolina întrucât mediaŃia asigurată de ei este adrenergică. Nu poate fi exclusă nici ipoteza că o mai bună vascularizaŃie ar servi şi ganglionilor parasimpatici întrucât, dată fiind divergenŃa circuitelor la nivelul lor, aportul material pentru reciclare este redus, insuficient pentru producŃia mai mare de mediator.

_____________ 2 Timpul scurs de la stimularea receptorului până la apariŃia răspunsului la

nivelul efectorului

149

IX. ACTIVITATEA INTEGRATOARE

A ORGANELOR NERVOASE Deşi integrarea organismului este un proces unitar ea se realizează

prin mijlocirea unor organe nervoase distincte atât în ordinea anatomică, cât şi fiziologică. Caracterul unitar al integrării nu este, deci, expresia unei organizări difuze a sistemului nervos, ci rezultatul conlucrării unor subunităŃi (organe) discrete ale acestuia, conlucrare ce devine posibilă graŃie existenŃei mai multor niveluri de interconectare neuronală sinaptică şi non-sinaptică, cel mai complex şi eficient fiind nivelul cortical.

IX. 1. Caracterul unitar al integr ării

Acesta are o dublă determinare: internă şi externă. Cea internă este reprezentată de existenŃa aceluiaşi plan de alcătuire (arcul reflex) şi funcŃionare (actul reflex) pentru toate organele nervoase, iar cea externă de coexistenŃă a mai multor tipuri energetice în acelaşi segment al ambianŃei. Unitare în alcătuire şi funcŃie, organele nervoase diferă între ele tocmai prin aceea că fiecare este specializat în realizarea integrării organismului în raport cu variaŃiile unui anumit tip de energie din ambianŃă (internă sau externă). Încât integrarea organismului nu trebuie concepută ca un proces de adecvare a acestuia la o ambianŃă globală şi nedefinibilă, ci ca unul complex şi unitar constituit din adecvări distincte, concomitente şi/sau succesive ale organismului la variaŃiile semnificative ale anumitor parametrii energetici ce definesc o ambianŃă dată. Vom vorbi, astfel, de integrare termică, mecanică, fotonică şi chimică, fiecare implicând un organ nervos adecvat, şi vom atribui sintagmei „integrarea organismului” înŃelesul de rezultantă procesuală a acestora, implicând totalitatea organelor nervoase din componenŃa sistemului integrator. De aici rezultă că întregul sistem nervos este format doar din patru tipuri de organe nervoase care asigură integrarea organismului în raport cu variaŃiile principalelor forme energetice din ambianŃă.

Organizate pe baza arcurilor reflexe, organele nervoase prezintă două planuri structurale şi, deci, două niveluri de integrare: subcortical şi cortical, fără ca prin aceasta să fie afectat caracterul unitar al ansamblului. Cele două niveluri de integrare se realizează cu participarea unor centri diferiŃi: subcorticali – care asigură promptitudinea răspunsului – şi corticali – care asigură calitatea acestuia. DiferenŃele dintre centrii subcorticali şi corticali,

150

între care două sunt esenŃiale – numărul şi calitatea aferenŃelor şi eferenŃelor, pe de o parte şi numărul şi calitatea interrelaŃiilor (sinaptice şi non-sinaptice) dintre componentele lor neuronale, pe de altă parte –, conferă celor două niveluri ale integrării valenŃe diferite.

La nivelul centrului subcortical se primesc aferenŃe de la un număr redus şi limitat de receptori şi de la acest nivel pot fi transmise comenzi pe căi eferente directe la un număr corespunzător (dar nu egal) de unităŃi efectoare. De asemenea, numărul relaŃiilor din interiorul centrului este redus şi prestabilit, în sensul că, pentru o cale aferentă dată există o anumită cale eferentă, mereu aceeaşi. Din aceste motive, integrarea subcorticală este înnăscută, standardizată şi predictibilă. Prin numărul minim de neuroni ce se interpun între receptor şi efector, integrarea subcorticală asigură, în primul rând, promptitudinea răspunsului. La nivelul centrului cortical se primesc aferenŃe de la toate formaŃiunile receptoare şi de la acest nivel pot fi trimise comenzi, pe căi eferente directe şi/sau indirecte, la toŃi efectorii (fig. 59).

Fig 59

ScoarŃa cerebrală – sediul structurării modulare a organelor nervoase. AR – arii receptoare; A – arii asociative; AE – arii efectorii

Numărul relaŃiilor interioare centrului cortical este atât de mare încât,

practic, el poate fi considerat nelimitat. Din acest ultim motiv, aria receptoare aparŃinând unei căi aferente date poate intra în relaŃie cu aria efectorie aflată la originea oricărei căi eferente. Deci, la nivel cortical organele nervoase primesc calitatea de organe cu structură modulară. Momentul şi modul realizării unor astfel de restructurări modulare sunt determinate de: a) circumstanŃe; b) condiŃionările reflexe prealabile şi

151

c) factori voliŃionali (ce nu Ńin de circumstanŃe). Este de remarcat că determinarea circumstanŃială vizează prezentul, ca existenŃă trăită, cea condiŃionată reflexă vizează trecutul, ca existenŃă deja trăită, iar determinarea voliŃională (în sens exclusiv) vizează viitorul, existenŃă ce urmează a fi trăită.

La nivelul scoarŃei cerebrale, ca loc comun al tuturor aferenŃelor şi eferenŃelor, se stabilesc relaŃii sinaptice şi non-sinaptice în număr, practic, nelimitat. Asemenea relaŃii sunt de cel puŃin trei categorii: a) între ariile receptoare şi efectoare, prin care se asigură restructurarea permanentă a organelor nervoase; b) între diversele arii receptoare, prin care se realizează sinteza informaŃiilor şi c) între diversele arii efectoare, prin care devine posibilă modularea activităŃii efectorilor (Fig. 59). ConcomitenŃa şi/sau succesiunea unor astfel de relaŃii determină complexitatea şi, prin aceasta, superioritatea funcŃională a acestui centru nervos.

În toate cele trei categorii de relaŃii un rol esenŃial revine capacităŃii centrului nervos de a stoca nu numai informaŃia, ci şi experienŃa acŃională. Deşi terminologia nu satisface pe deplin realitatea, întrucât stocarea reprezintă procesul general de remanenŃă a efectelor determinate de trecerea printr-un neuron chiar a unui singur potenŃial de acŃiune, ea va fi totuşi păstrată din raŃiuni didactice. Deducem din toate acestea că, la rigoare, stocarea nu este un proces specific ariilor receptoare, ci unul comun tuturor ariilor corticale şi oricărui centru subcortical. Rămân de considerat, desigur, diferenŃele de ordin cantitativ şi calitativ rezultate din „profunzimea” urmelor lăsate de trecerea unui potenŃial de acŃiune prin fiecare tip de neuron, respectiv din „durabilitatea” acestora în timp. Ca urmare, stocarea sau memorarea nu reprezintă apanajul exclusiv al neuronilor receptori, ci o însuşire comună tuturor neuronilor având, desigur, grade diferite de exprimare. În acest sens trebuie înŃeles rolul major în memorare al zonei temporale şi hipocampului.

Deşi relaŃii interneuronale – sinaptice şi non-sinaptice – au loc la nivelul oricărui centru nervos, numărul şi calitatea acestora sunt diferite. Superioritatea o deŃine centrul cortical, întrucât, pe lângă faptul că la acest nivel sunt reprezentaŃi toŃi receptorii (ariile receptoare) şi toŃi efectorii (ariile efectoare), aici se găseşte cel mai mare număr de neuroni de asociaŃie, toate acestea însumând un număr maxim de legături sinaptice. Pe de altă parte, dispunerea neuronilor într-o geometrie plană (în suprafaŃă) face posibilă iradierea excitabilităŃii pe distanŃe mult mai mari decât în cazul în care dispunerea acestora este în volum (formaŃiunile nucleare subcorticale). Deşi cele două categorii de relaŃii interneuronale – sinaptice şi nonsinaptice – diferă atât prin natura mecanismelor ce le stau la bază, cât şi prin gradul de

152

specificitate, ele se intercondiŃionează şi, în acest mod, se presupun reciproc. Astfel, în timp ce depolarizarea într-un punct al scoarŃei, determinată de o relaŃie sinaptică generează un proces de iradiere a excitabilităŃii, iradierea favorizează realizarea altor legături sinaptice. Cu toate că asemenea relaŃii au, în aparenŃă, un caracter întâmplător, ele se desfăşoară totuşi într-un mod ordonat. Dovadă în acest sens stă mecanismul condiŃionării reflexe.

IX. 2. CondiŃionarea reflexă

Considerând două arii corticale receptoare – auditivă şi gustativă – ai căror neuroni au potenŃialele de repaus egale (acelaşi nivel al excitabilităŃii), stimularea oricăreia dintre ele va determina în jur o iradiere a excitabilităŃii fără nici o consecinŃă preferenŃială, independent de ordinea sau numărul stimulărilor. Dacă, însă, excitabilitatea ariei gustative este sporită (potenŃialele membranale de repaus reduse) prin mijlocul natural al înfometării (fără însă a o exagera) atunci stimularea ariei auditive va duce la o iradiere preferenŃială a excitabilităŃii spre aceasta pe calea cea mai scurtă (în linie dreaptă). ExplicaŃia fenomenului constă în faptul că protonii aflaŃi la faŃa externă a neuronilor din aria gustativă, reŃinuŃi acum de un potenŃial de repaus mai mic, vor fi mai uşor de dislocat de către câmpul electronegativ generat de aria auditivă depolarizată. O asemenea relaŃie nespecifică, dar orientată prin iradierea preferenŃială a excitabilităŃii, va favoriza stabilirea unor relaŃii sinaptice între neuronii situaŃi pe drumul cel mai scurt dintre cele două arii. Dacă în timpul stimulării ariei auditive, la un interval mai scurt decât cel necesar realizării fenomenului de concentrare a excitaŃiei (scăderea excitabilităŃii), se va aplica şi un stimul alimentar atunci iradierea preferenŃială va fi accentuată, ea petrecându-se concomitent din ambele direcŃii. Încât, prin aplicarea repetată în acelaşi mod a celor doi stimuli se va accentua efectul favorabil asupra realizării relaŃiilor sinaptice dintre neuronii dispuşi pe linia dreaptă dintre cele două arii receptoare. Ca urmare a procesului de stocare, accentuat prin repetări succesive ale stimulări, neuronii interpuşi între cele două arii vor păstra pentru un timp atât un nivel mai crescut al excitabilităŃii lor, cât şi posibilitatea facilitării transmisiei sinaptice. În consecinŃă, după mai multe asemenea asocieri între excitantul sonor şi cel alimentar, cu condiŃia păstrării relaŃiei temporale dintre aceştia, stimularea doar a ariei auditive va determina, prin iradiere şi facilitare sinaptică preferenŃiale, o stimulare a ariei gustative, cu toate consecinŃele ce decurg din aceasta (răspuns prin salivaŃie). În acest mod între cele două arii corticale a luat naştere o legătură funcŃională utilă

153

organismului întrucât excitantul sonor dobândeşte calitatea de semnal ce anunŃă posibila satisfacere a necesităŃii alimentare. Dacă timpul scurs între momentul aplicării excitantului sonor şi cel al aplicării excitantului alimentar este mai lung, dând posibilitatea realizării fenomenului de concentrare (excitabilitatea redusă în jur), o asemenea legătură funcŃională nu poate fi realizată. Dacă după formarea unei astfel de legături, se aplică repetat doar excitantul sonor, fără cel alimentar, consecinŃa va fi estomparea progresivă a iradierii preferenŃiale şi, prin aceasta, reducerea facilitării relaŃiilor sinaptice, condiŃii în care legătura funcŃională dispare (se stinge). DispariŃia acestei legături este ea însăşi o reflectare a realităŃii: dispariŃia relaŃiei temporo-spaŃiale dintre excitantul sonor şi aliment, acesta considerat nu ca stimul, ci ca obiect al satisfacerii unei necesităŃi a organismului. Caracterul temporar al unor astfel de relaŃii între ariile corticale este, deci, o reflectare a caracterului temporar al relaŃiilor dintre obiectele, fenomenale şi procesele din realitatea obiectivă, pe de o parte şi dintre acestea şi necesităŃile organismului, pe de altă parte. DisjuncŃia este, desigur, formală întrucât însăşi reflectarea relaŃiilor dintre obiectele, fenomenele şi procesele lumii obiective, ce nu par a avea vreo legătură cu interesele biologice ale organismului, are la bază tot satisfacerea unei necesităŃi, anume aceea de cunoaştere, existentă şi la animale în formă primară a reflexului de investigare a ambianŃei, cunoaştere ce nu are un scop în sine, finalitatea ei vizând extinderea adaptării în alt spaŃiu ambiental şi/sau adâncirea adaptării în cel existent. De asemenea, este de remarcat efectul cunoaşterii în plan psihic: sentimentul de securitate, în absenŃa căruia (nelinişte, teamă) integrarea însăşi este compromisă prin afectarea gravă a libertăŃii de acŃiune.

Pe de altă parte, caracterul temporar al legăturilor dintre ariile corticale aduce avantajul formării lor în număr nelimitat în timp, stingerea unora făcând posibilă realizarea altora. În fapt, stingerea nu înseamnă o ştergere totală a legăturii, aceasta lăsând „urme” cu o anumită persistenŃă în timp. Un neuron care a participat o singură dată la realizarea unei legături temporare, după stingerea acesteia nu revine integral la starea iniŃială, nu mai este identic cu el însuşi. Aceasta face ca la o nouă participare comportamentul lui să fie diferit de cel iniŃial. Este ca şi cum neuronul ar dobândi o anume „experienŃă” funcŃională cu efecte pozitive asupra noilor legături la care acesta va participa. Judecând lucrurile la nivelul scoarŃei cerebrale în ansamblul ei vom putea conchide afirmând că sporirea calitativă a activităŃii acesteia este posibilă tocmai prin solicitarea ei optimă la formarea de noi legături între ariile sale, legături care, în anumite condiŃii,

154

se pot stinge ca manifestări, dar nu se pot şterge ca engramări. Noile legături ce se formează nu se substituie celor ce s-au stins, ci ele se „suprapun” peste engramările neşterse ale acestora. Întrucât caracterul temporar al legăturilor vizează numai planul fenomenologic, formarea de noi legături are semnificaŃia unei îmbogăŃiri a scoarŃei cu noi şi superioare posibilităŃi funcŃionale şi nicidecum pe aceea a unor simple substituiri fără nici un profit.

Realizarea unei astfel de legături temporare între două sau mai multe arii corticale este, deci, condiŃionată de existenŃa unei anumite relaŃii temporo-spaŃiale între doi sau mai mulŃi stimuli din realitatea obiectivă, dintre care unul are o semnificaŃie majoră pentru organism în momentul respectiv. Cum dintre cele două condiŃionări – internă (semnificaŃia pentru organism) şi externă (relaŃia temporo-spaŃială dintre stimuli) – rolul esenŃial îl deŃine cea dintâi, se înŃelege că formarea oricărei legături temporare la nivel cortical este posibilă numai atunci când orgasismul reclamă satisfacerea unei anumite necesităŃi, deci, numai atunci când există o motivaŃie. După cum s-a văzut mai sus, expresia fiziologică la nivel cortical a motivaŃiei este reprezentată de nivelul ridicat al excitabilităŃii unei anumite arii.

În pofida existenŃei acestor delimitări obiective şi precise persistă încă, din nefericire, tendinŃa de a confunda procesele inductive cu legătura temporară condiŃionată motivaŃional. Astfel, se vorbeşte încă despre posibilitatea elaborării unor reflexe senzorio-senzoriale, ca forme ale unei condiŃionări intermodale (între un stimul auditiv şi unul luminos, cu efecte asupra receptării celui din urmă) sau intramodale (în lungul căilor aferente, dar şi la nivelul ariilor corticale, un grupaj de semnale actuale dobândeşte calitatea de semnal condiŃional pentru semnalele ce vor urma). Sunt aduse în sprijin chiar şi dovezi experimentale. Astfel, prin asocierea unui stimul sonor cu unul luminos a fost obŃinută modificarea sensibilităŃii vizuale, ca o formă a condiŃionării reflexe. În mod similar, stimularea unui număr redus de celule dintr-un câmp receptor dat modifică pragul de sensibilitate al celorlalte celule din acelaşi câmp dacă acestea sunt stimulate la un anumit interval de timp după stimularea celor dintâi. După cum bine s-a intuit, în aceste cazuri nu este implicată condiŃionarea, ci doar relaŃia de tip non-sinaptic dintre corpii celulari (modificări ale excitabilităŃii provocate de iradierea şi concentrarea în centri nervoşi), respectiv dintre fibrele nervoase vecine (transmiterea efaptică).

155

X. PRIVIRE GENERAL Ă ASUPRA ANALIZATORILOR Organele nervoase modulare au două părŃi componente – de

informare şi de comandă – care interrelează în mod nestandardizat la nivel cortical. Componenta de informare, alcătuită dintr-o anumită categorie de formaŃiuni receptoare (segment periferic), din totalitatea căilor de conducere în sens aferent (segment intermediar) şi din aria corticală pe care acestea se proiectează (segment central) poartă numele de analizator. Deşi toŃi analizatorii au acelaşi plan de organizare şi finalitate comună, diferenŃele dintre ei sunt remarcabile. Acestea îşi au originea în gradul înalt de specializare şi adecvare a fiecăruia în raport cu natura energetică, intensitatea şi semnificaŃia stimulilor specifici. Specializarea vizează toate cele trei segmente ale analizatorului, desigur, în grade şi modalităŃi diferite.

Segmentele periferice – implicând formaŃiunea receptoare şi formaŃiunile auxiliare – sunt de patru categorii după specializarea lor în recepŃia stimulilor luminoşi, termici, mecanici şi chimici. În cadrul fiecărei categorii se disting două sau mai multe variante de receptori departajate prin nivelul excitabilităŃii, deci, prin adecvarea la sesizarea unor intensităŃi mai mari sau mai mici ale stimulilor. Adecvarea în raport cu intensitatea stimulilor nu trebuie considerată ca un răspuns adaptativ linear al organismului la acŃiunea unor stimuli de intensităŃi diferite, aşa cum există ei în realitatea ambientală. Expresia „adecvarea în raport cu intensitatea” este nepotrivită adevărului pe care trebuie să îl definească, utilizarea şi în continuare fiind doar o consecinŃă a inerŃiei limbajului ştiinŃific. De altfel, nici nu există o relaŃie lineară între numărul variantelor de receptori cu excitabilităŃi diferite şi întreaga gamă a intensităŃilor reale ale stimulilor din mediu, măsurate cu instrumente speciale. FormaŃiunile receptoare ale analizatorilor sunt astfel structurate încât să „extragă” din plaja intensităŃilor reale un domeniu mai extins ori mai restrâns în strânsă dependenŃă de semnificaŃia (importanŃa) acestuia pentru viaŃa organismului. Două exemple în acest sens vor fi edificatoare. În cadrul categoriei chemoreceptive există mai multe variante: a) care „extrag” şi convertesc în potenŃiale de acŃiune doar o mică parte din plaja intensităŃilor reale ale stimulului, în acest scop formaŃiunea receptoare având excitabilitatea

156

redusă, aşa cum este cazul mugurilor gustativi; b) care „extrag” şi convertesc o parte mai mare din plaja de intensităŃi, excitabilitatea lor fiind mai ridicată, cum este cazul celulelor olfactive (neuroni); c) care convertesc integral intensitatea reală a anumitor stimuli chimici (exceptând pierderile inerente), excitabilitatea lor fiind maximă, aşa cum este cazul multor chemoreceptori din zonele reflexogene (interoceptori). Deşi în categoria mecano-receptorilor se întâlnesc mult mai multe variante, al doilea exemplu pe care îl oferim este al categoriei fotoreceptorilor. Pe lângă existenŃa a două variante de celule receptoare – cele cu conuri pentru intensităŃi mari ale luminii şi cele cu bastonaşe pentru intensităŃi mici –, deosebite între ele nu atât prin excitabilitatea membranelor, cât prin nivelul diferit al fotosensibilităŃii pigmenŃilor proprii, pe lângă toate acestea, segmentul periferic este astfel organizat încât să producă o masivă reducere a intensităŃii stimulului luminos înainte de impactul cu celula receptoare. Încât conurile şi bastonaşele nu primesc lumina incidentă, ci pe cea reflectată de stratul pigmentar, mult diminuată în intensitate. SituaŃia este similară şi în privinŃa calităŃii stimulului. Astfel, din gama largă de valori ale anumitor unde electromagnetice receptorul vizual „extrage” doar frecvenŃele cuprinse între 397 mµ şi 723mµ, iar cel auditiv din gama largă a sunetelor doar pe cele cu frecvenŃe cuprinse între 16 şi 20.000 Hz.

Analizatorii se disting unii de alŃii şi prin codificarea diferită a mesajelor specifice. Cu toate că există numeroase date experimentale care confirmă acest lucru, ştiinŃa este încă departe de momentul descifrării sintaxei şi semanticii acestor modalităŃi de comunicare. Deşi unitatea elementară cu care se operează în procesul codificării este potenŃialul de acŃiune, acesta nu are valoare informaŃională în sine. Aceasta se dobândeşte numai prin gruparea a două sau mai multe potenŃiale, separate prin intervale a căror durată este un multiplu al duratei unui singur potenŃial de acŃiune. Dacă vom considera că o fibră nervoasă are labilitatea de 500c/s, atunci durata fiecărui potenŃial de acŃiune va fi de 2ms. Pentru un interval arbitrar de 20ms, două sau mai multe potenŃiale de acŃiune se pot grupa într-o gamă foarte largă de modalităŃi care, transpuse în sistemul binar, pot sugera diferite informaŃii (fig. 60).

Cum labilitatea este o caracteristică ce diferă de la un neuron la altul ea poate fi considerată ca unul dintre elementele ce contribuie la diferenŃierea codurilor transmise pe canalele purtătoare. Un alt element de diferenŃiere poate fi amplitudinea potenŃialului de acŃiune care, deşi constantă pentru o prelungire dată, diferă de la o fibră la alta.

157

ModalităŃile de grupare (codificare) a potenŃialelor de acŃiune la nivelul prelungirilor neuronale sunt diferite. Pe axon gruparea este decisă atât de membrana somei, care funcŃionează ca sumator-integrator, cât şi de ansamblul format de conul de emergenŃă şi primul nod care deŃine rolul de convertor, de fapt un filtru de amplitudini, pragul inferior fiind determinat de lungimea segmentului cuprins între conul de emergenŃă şi primul nod, iar cel superior de valoarea potenŃialului de repaus al axolemei, constantă pe toată lungimea axonului.

La nivelul dendritei gruparea (codificarea) se face în două moduri,

după cum aceasta se află sau nu în relaŃie sinaptică cu un alt neuron. În primul caz, dendrita receptează neurotransmiŃătorul eliberat de un buton axonal presinaptic se recodifică (regrupează) în raport cu tipul chimic, cantitatea şi modul de eliberare ale acestuia, predeterminate de neuronul situat anterior. În al doilea caz, formând ea însăşi receptorul, sau intrând în alcătuirea acestuia, dendrita va realiza o codificare primară, grupând potenŃialele în raport cu două categorii de factori: a) intrinseci, reprezentaŃi de excitabilitatea specifică (densitatea canalelor ionice) şi de moment (gradul de fermitate a închiderii canalelor ionice şi nivelul activităŃii pompei de Na+ - K+) a membranei şi b) extrinseci, reprezentaŃi de modul de aplicare (brusc sau lent) şi durata acŃiunii stimulului specific. Încât, într-un circuit neuronal, aşa cum este cel dispus între formaŃiunea receptoare şi segmentul cortical – cu una sau mai multe staŃii sinaptice pe parcurs –,

Fig. 60 ModalităŃi de

codificare pe canalul purtător

158

codificarea (gruparea) se realizează la cel puŃin trei niveluri valorice: a) primar, în cadrul receptorului; b) secundar, la staŃiile sinaptice intermediare şi c) final, în cadrul ariei corticale. Valorile diferite ale celor trei niveluri de codificare (recodificare) sunt determinate de numărul intrărilor pe fiecare corp celular: cei ai protoneuronilor nu deŃin alte sinapse (intrări), cei intermediari deŃin un număr mic de sinapse, iar cei corticali un număr maxim de sinapse.

Necesitatea unei codificări la nivelul formaŃiunilor receptoare este în afara oricărui dubiu. FormaŃiunile receptoare nu sunt însă componente binare capabile să informeze doar despre prezenŃa sau absenŃa stimulilor, ci subsisteme cu mai multe stări posibile, în măsură să ofere informaŃii şi despre aspectele cantitative (intensităŃii) şi calitative (nuanŃe ale stimulilor). Atât intensităŃile, cât şi nuanŃele, semnificative pentru organism, care sunt „extrase ”ca utile din cele reale, variază pentru fiecare categorie de receptori în limite atât de largi încât unul şi acelaşi senzor celular nu le poate acoperi în întregime. Din aceste motive, formaŃiunea receptoare a majorităŃii segmentelor periferice este alcătuită din mai multe tipuri de senzori celulari, fiecare fiind capabil să extragă un anumit domeniu din plaja largă a intensităŃilor şi nuanŃelor proprii stimulilor semnificativi. Mai mult chiar, unii senzori individuali sunt activaŃi numai de începerea acŃiuni stimulului, iar alŃii numai de încetarea acesteia. Încât, formaŃiunea receptoare a unui anumit analizator nu este omogen constituită, ci ea reprezintă un ansamblu unitar de mai multe tipuri de senzori celulari care se disting prin limitele discrete ale capacităŃii lor de recepŃie cantitativă (fig. 61) şi calitativă (fig. 62).

Fig. 61 Heterogenitatea în plan cantitativ a formaŃiunii mecanoreceptoare din

tegument. 1. terminaŃii nervoase libere; 2. discuri Merkel; 3. corpusculi Meisner; 4. corpusculi Vater-Pacini

159

Se poate afirma, astfel, că procesul de codificare la nivelul unei

anumite formaŃiuni receptoare este realizat secvenŃial prin contribuŃia separată a mai multor tipuri de senzori celulari, fiecare generând o anumită informaŃie. Pentru ca aceste secvenŃe informaŃionale să alcătuiască un mesaj este necesar ca ele să dobândească, prin integrare spaŃio-temporală şi nu prin simplă sumare, calitatea de structură unitară. Întrucât, atât senzorii celulari, cât şi căile lor de conducere sunt formaŃiuni separate (influenŃele reciproce dintre acestea la nivelul segmentului periferic, respectiv de conducere neavând valoare integrativă în sine), integrarea spaŃio-temporală nu este posibilă decât la nivelul segmentelor centrale. Abia la aceste niveluri şi în acest mod codificarea secvenŃială de la periferie dobândeşte valoarea de mesaj. Având în vedere că la nivelul centrului cortical se găsesc ariile de protecŃie ale tuturor formaŃiunilor receptoare, ca zone în care se constituie mesajele şi, că tot aici, sunt posibile cele mai numeroase şi mai variate relaŃii sinaptice şi non-sinaptice, inclusiv cu depozitele de engramare, putem conchide afirmând că aceste mesaje, la rândul lor, vor fi integrate tot aici în structuri semantice de ordin superior.

Dacă secvenŃele informaŃionale provenite de la senzorii celulari periferici se pot structura în mesaje prin integrare temporo-spaŃială la nivelul centrului cortical, atunci şi la nivelul centrilor subcorticali, unde fac staŃie sinaptică segmentele de conducere, pot avea loc structurări ale informaŃiilor întrucât şi aici există integrare pe baza aceloraşi relaŃii sinaptice şi non-sinaptice între corpii celulari. Însă, deoarece la nivel

Fig. 62 Heterogenitatea în plan calitativ a formaŃiunii mecanoreceptoare din

urechea internă

160

subcortical nu ajung decât o parte din secvenŃele informaŃionale actuale şi probabil, engramate, structura constituită aici va fi mai săracă în conŃinutul ei specific şi, prin aceasta, limitată în potenŃialităŃile sale privitoare la integrarea organismului.

Mesajele constituite prin integrarea la nivel cortical se traduc pe plan subiectiv prin senzaŃii conştientizate discret (când este implicat neocortexul receptor) sau conştientizate difuz, în forma unor stări generalizate (când este implicat paleocortexul). Cum la originea senzaŃiilor se află stimulii din mediu (extern sau intern), iar conŃinutul acestora din urmă este dat de abaterile de la valorile optime ale parametrilor fizici şi chimici ai ambientului, se poate spune că orice senzaŃie reprezintă, în ultimă analiză, un semnal prin care centri nervoşi corticali sunt avertizaŃi asupra pericolului de afectare a homeostaziei organismului pe o direcŃie sau alta, deci, asupra pericolului creşterii nivelului entropiei sale.

De la început trebuie subliniată diferenŃa dintre homeostazie şi entropie. În vreme ce homeostazia este o mărime ce caracterizează starea sistemului, entropia este o mărime ce caracterizează evoluŃia lui. Desigur, analizatorii sunt formaŃiuni ce deservesc în mod direct starea organismului şi, abia în mod indirect şi prin aceasta, evoluŃia lui în timp. Abordată din acest unghi de privire, senzaŃia, care ia naştere la nivel cortical prin integrare superioară, conŃine în ea nu numai informaŃii privitoare la locul, natura şi valoarea abaterii unui parametru fizic sau chimic din mediu (intern sau extern), ci şi „indicii” privitoare la locul, natura şi valoarea răspunsului prin care aceasta poate să fie corectată (dobândite prin experienŃă şi stocate în memorie). Spunem „indicii” şi nu „indicaŃii” întrucât, pentru abaterea unui anumit parametru există, în funcŃie de circumstanŃe, mai multe posibilităŃi de corectare, directe sau indirecte. Tocmai în legătură cu acest ultim aspect are loc la nivel cortical cuplarea unei arii receptoare cu una sau alta dintre ariile efectoare, adică modularea organelor nervoase, ca expresie a posibilităŃilor de autoorganizare.

161

SECłIUNEA a III- a

COMPONENTA ENDOCRINĂ A SISTEMULUI INTEGRATOR

XI. INTEGRAREA ENDOCRIN Ă

Faptul că modalitatea neurală de integrare a organismului a apărut în cursul evoluŃiei după cea endocrină nu trebuie să conducă la concluzia greşită că şi subsistemele nervos şi endocrin au apărut şi s-au dezvoltat în aceeaşi succesiune. La celenterate, ca prime organisme pluricelulare, la care apare pentru prima oră celula nervoasă – până aici ea nefiind necesară – găsim un sistem nervos în plină organizare care evoluează rapid de la forma de reŃea difuză de neuroni la forma superioară ganglionară, cu centri şi circuite constituite, dar nu găsim încă un sistem endocrin organizat pe bază de glande constituite şi interrelate. Modalitatea endocrină de integrare se realizează însă la un nivel inferior în forma sistemului difuz de organizare, cu eficienŃă redusă. Abia dezvoltarea în continuare a subsistemului nervos se va însoŃi şi de o dezvoltare corespunzătoare a celui endocrin, dar aceasta nu ca o determinare în baza intereselor celui dintâi, ci ca o consecinŃă a creşterii gradului de complexitate a organismului care „pretinde” un sistem integrator unic – neuroendocrin – dezvoltat pe măsură. Încât cele două subsisteme nu au o evoluŃie paralelă, ca două entităŃi distincte şi interrelate, ci o evoluŃie unitară, ca două componente ale unei singure entităŃi: sistemul integrator.

XI. 1. Mesajul hormonal

Unul din aspectele majore ce diferenŃiază subsistemul endocrin de cel nervos este insinuarea purtătorului de mesaj – hormonul – la nivelul fiecărei celule. Dacă oricare celulă din organism, inclusiv cea nervoasă şi endocrină, reprezintă o Ńintă, un „efector” în cadrul unui „arc reflex hormonal”, aceasta nu înseamnă nici că fiecare celulă este un loc comun pentru toŃi hormonii, nici că fiecare celulă răspunde la acŃiunea unui singur hormon. Dacă fiecare hormon este un purtător de mesaj, valoarea semantică a acestuia nu este predeterminată ca atare în purtător, ci ea rezultă ca o formă de „descifrare” numai în urma interacŃiunii dintre acel hormon şi receptorul celular care este în acelaşi timp şi iniŃiatorul unui

162

anumit tip de răspuns din partea celulei. Pentru simplificare, putem considera macromolecula receptoare ca având doi poli funcŃionali: unul de intrare, de primire a mesajului, la care se leagă stereospecific un anumit hormon şi unul de ieşire, de iniŃiere a unui anumit răspuns celular. Între natura şi specificul celor doi poli ai aceluiaşi receptor nu este justificată o relaŃie de determinare uni-sau biunivocă în interiorul macromoleculei, ci, mai degrabă, o determinare unilaterală, dar complexă, dinspre interesele sistemului integrat în ansamblul său. Încât, mai mulŃi receptori aflaŃi pe celule diferite (sau chiar pe aceeaşi celulă) pot fi identici la nivelul polului de intrare, toŃi având stereospecificitate pentru acelaşi hormon şi diferiŃi la nivelul polului de ieşire, fiecare declanşând un alt răspuns, identici prin polul de ieşire şi diferiŃi prin cel de intrare, obŃinându-se acelaşi răspuns celular la acŃiunea unor hormoni diferiŃi, precum şi receptori cu un singur pol de intrare (sau ieşire) şi mai mulŃi poli de ieşire (sau intrare). Nu insistăm asupra unor dovezi indirecte ce ar putea fi aduse în sprijinul celor de mai sus, ele fiind prea numeroase. Subliniem însă faptul că, din această perspectivă, trebuie reconsiderate atât natura, cât şi finalitatea raporturilor dintre integrat şi integrator şi aceasta nu numai în sfera endocrină.

XI. 2. SecreŃia de hormoni

Procesul de secreŃie cuprinde două faze: a) sinteza produsului şi b) eliberarea produsului sintetizat. În cele mai multe cazuri este intercalată şi o fază de stocare, în timpul căreia produsul abia sintetizat suferă un proces necesar de „maturare”, de îmbunătăŃire calitativă. Când, din anumite motive, o formaŃiune secretorie este suprasolicitată ea îşi va intensifica sinteza şi eliberarea scurtând însă până la anulare timpul necesar maturării. În aceste condiŃii se va elibera un produs de calitate inferioară, cu toate consecinŃele ce decurg din aceasta.

Principial, oricare celulă se poate dovedi capabilă de secreŃie „hormonală”, desigur, cu diferenŃele cantitativ-calitative de rigoare. S-ar putea invoca împotriva acestei ipoteze lipsa unei determinări genetice în acest sens la majoritatea celulelor. Desigur, la celulele specializate în producerea de hormoni genomul conŃine factori determinanŃi atât biochimic cât şi funcŃional. Aceasta nu exclude însă posibilitatea ca şi celelalte tipuri celulare să deŃină asemenea determinanŃi într-o exprimare cantitativ-calitativă mai modestă chiar dacă numai ca forme genetice ancestrale ale etapelor preneuronale ale evoluŃiei când integrarea era realizată difuz, exclusiv prin această modalitate. De altfel, modalitatea endocrină de integrare este unanim acceptată într-o formă atât organizată (glandulară), cât şi difuză (tisulară).

163

Practic, capacitatea de a secreta hormoni sau produşi cu acŃiuni similare a fost dovedită pentru quasitotalitatea tipurilor celulare, de la cele epiteliale (endotelinele) şi fibrele musculare cardiace (factorul natriuretic) şi până la limfocite (interleukine) şi neuroni (cibernine).

XI. 3. Nivelurile de organizare a subsistemului endocrin

Există două niveluri de organizare a acestui subsistem: a) nespecific, difuz, cuprinzând quasitotalitatea tipurilor celulare din organism care nu au ca funcŃie principală producŃia de hormoni şi care nu se asociază în formaŃiuni glandulare delimitabile anatomic şi b) specific, cuprinzând celulele de diverse origini care au ca funcŃie principală producŃia de hormoni şi care se asociază în formaŃiuni delimitabile anatomic şi funcŃional.

Nivelul difuz sau nespecific de organizare, considerat în ansamblu, nu poate fi subdivizat nici după criteriul calităŃii produşilor de secreŃie, nici după acela al distribuŃiei topografice. Întrucât aceşti hormoni, sau produşii similari lor, nu sunt eliberaŃi în sânge sau limfă, ci reprezintă mijloace celulare de comunicare şi intercondiŃionare funcŃională la nivel local, realizate pe arii şi în domenii foarte restrânse, diversitatea lor biochimică este redusă şi foarte puŃin variabilă de la un teritoriu la altul. În primul rând, aceşti hormoni locali cu acŃiune pe distanŃe mici, permit celulelor să-şi condiŃioneze reciproc valoarea metabolismului, cel mai probabil, prin influenŃarea nivelului intrărilor şi ieşirilor prin membrana periplasmatică. Necesitatea unei asemenea condiŃionări este imperioasă pentru populaŃiile celulare aparŃinând aceluiaşi Ńesut deoarece toate celulele realizează schimburi aproape identice cu un partener comun, lichidul interstiŃial. În al doilea rând, prin hormonii locali sau substanŃe omoloage acestora, celulele vecine îşi limitează expansiunea prin diviziune asigurând Ńesutului o creştere şi o dezvoltare unitare şi optime. Acest proces poate fi influenŃat, în mare măsură, de hormonii nivelului specializat, dar nu poate fi determinat de aceştia. În fine, într-o modalitate mai complexă, prin hormonii locali celulele se „alertează” reciproc atunci când ajung în anumite stări limită. O altă particularitate a acestui nivel de organizare este autonomia funcŃională, în sensul că secreŃia hormonală difuză nu este supusă nici unui control exterior zonei considerate, ci ea este autoreglată chiar prin intermediul şi în cadrul raporturilor reciproce dintre celulele vecine. Această autonomie vizează doar controlul secreŃiei (reglajul) şi ea nu înseamnă nicidecum o izolare faŃă de posibilele influenŃe exterioare zonei. Pe lângă utilitatea practică a acestei autonomii în procesele de reglare locală este de remarcat semnificaŃia ei teoretică. Integrarea organismului nu este, deci, rezultatul dirijării pas cu pas a unor componente „ignorante” şi, din acest motiv, total

164

nelibere, ci consecinŃa armonizării algoritmilor de funcŃionare a unor subsisteme „iniŃiate” şi, din acest motiv, gradual libere în raport cu întregul.

Nivelul specific de organizare a subsistemului endocrin este unitar, în primul rând prin finalitatea comună a tuturor produşilor secretaŃi – integrarea în plan superior a organismului –, deşi una de interes general şi nu local şi în al doilea rând prin alcătuirea lui din formaŃiuni glandulare distincte care au ca funcŃie principală secreŃia de hormoni. Din aceste motive toŃi hormonii acestui nivel sunt eliberaŃi în sânge prin intermediul căruia sunt distribuiŃi unui număr mare de beneficiari celulari. Hormonii nivelului specific sunt produşi şi eliberaŃi în cantităŃi superioare celor ai nivelului difuz care au beneficiari puŃini şi apropiaŃi şi care nu se diluează în întreaga masă sanguină. Pe de altă parte, alcătuirea din mai multe şi diverse formaŃiuni glandulare impune cu necesitate o structurare şi o integrare perfecte în interesul nivelului, întrucât responsabilitatea armonizării părŃilor în cadrul organismului şi a acestuia în ambient nu poate fi asumată decât de un sistem cu o ordine interioară corespunzătoare. Structurarea ca sistem a acestui nivel de organizare generează o anume ierarhizare a formaŃiunilor secretorii, una dintre ele dobândind rol primordial nu numai în raport cu celelalte, ci şi în raport cu întregul (subsistemul endocrin). După cum bine s-a intuit, acest rol revine hipofizei şi tot prin intermediul ei se va realiza joncŃiunea esenŃială dintre componentele nervoasă şi endocrină ale sistemului integrator unitar.

Unitatea dintre cele două niveluri de organizare a subsistemului endocrin – difuz (nespecific) şi organizat (specific) – se bazează, în primul rând pe comunitatea finalităŃii – integrarea – şi a mijloacelor – hormonii sau produşii similari acestora – şi, abia în al doilea rând, pe relaŃii funcŃionale reciproce. S-a subliniat mai sus că nivelul difuz este autonom dar nu şi izolat. Lipsa unui control direct şi permanent din partea hipofizei nu conferă independenŃă funcŃională sistemului difuz, ci doar libertate de acŃiune, şi aceasta limitată; limitată însă nu de hipofiză, ci de interesele generale ale organismului privind integrarea. În ultimă analiză, hormonii produşi de cele două niveluri de organizare sunt mesageri diferiŃi care au aceeaşi destinatari – celulele organismului –, reuniŃi în jurul unui interes comun – integrarea. RelaŃia celor două niveluri este mai mult una de complinire funcŃională.

XI. 4. Structura subsistemului endocrin

RelaŃiile semnificative dintre părŃile (glandele) ce compun sistemul endocrin, a căror totalitate dă conŃinut structurii acestuia, se Ńes în două planuri: unul direct, prin acŃiunile anumitor hormoni asupra anumitor

165

glande endocrine şi unul indirect, mediat de efectele produse de hormoni asupra Ńesuturilor şi organelor efectoare.

În cadrul relaŃiilor directe, care au caracter selectiv – deci organizat –, vom menŃiona, în primul rând, datorită importanŃei, influenŃa hormonilor hipofizari asupra tuturor glandelor endocrine, inclusiv asupra hipofizei. Întrucât afirmaŃia, raportată la ceea ce se susŃine în prezent poate şoca, suntem obligaŃi la o detaliere.

Deşi secreŃia, ca funcŃie specifică pentru glandele endocrine, este unitară în conŃinut şi finalitate, totuşi, cele două procese care o compun – sinteza şi eliberarea produşilor sintetizaŃi – se bucură de o anumită autonomie, fără ca, prin aceasta, caracterul unitar să dispară. Sinteza hormonului, pentru oricare glandă, este un proces anabolic, dependent de catabolism doar sub aspect energetic. Ca urmare, ea este condiŃionată, în primul rând, de aportul sanguin de materie primă şi energie, deci, de starea vascularizaŃiei şi frecvenŃa cardiacă prin care se asigură un anumit debit circulator local. Ori, atât vasomotricitatea cât şi ritmul cardiac sunt supuse controlului direct al hipofizei şi, prin consecinŃă, nici o glandă nu se poate sustrage acestui control, nici chiar hipofiza. De aici concluzia că secreŃia oricărei glande este controlată sub aspectul sintezei hormonale de hipofiză. Alta este problema eliberării produşilor sintetizaŃi. Hormonii, fiind substanŃe extrem de active, eliberarea lor din stocuri este oportună numai în anumite momente şi circumstanŃe şi, prin urmare, ea nu are nici o legătură pe acest plan cu procesul sintezei lor, doar în măsura în care aceasta limitează disponibilitatea la eliberare. Ca urmare, eliberarea hormonilor este decisă de alŃi factori decât cei care decid asupra sintezei lor. Din acest punct de vedere independenŃa eliberării este totală, atâta vreme cât sinteza îi poate face faŃă. Din acest motiv şi mecanismele care controlează eliberarea sunt total diferite de cele care controlează sinteza. Când se vorbeşte de independenŃa unor glande endocrine faŃă de controlul hipofizar se are în vedere, de fapt, doar eliberarea, nu însă şi sinteza. Că între eliberare şi sinteză există o relaŃie metrabolică, în sensul că golirea stocurilor stimulează sinteza, aceasta este o altă chestiune care nu schimbă esenŃa problemei. Deci, toate glandele endocrine sunt subordonate hipofizei în planul sintezei hormonilor, dar nu toate i se subordonează în planul eliberării acestora. Chestiunea, deşi aparent neimportantă, este esenŃială pentru înŃelegerea problemei integrării organismului, întrucât pentru aceasta este importantă eliberarea hormonilor în cantitate potrivită şi la momentul oportun şi mai puŃin importantă modalitatea prin care glanda îşi rezolvă problema stocurilor. Pentru a încheia, vom remarca faptul că mirarea în

166

legătură cu afirmaŃia de mai sus, potrivit căreia hipofiza controlează activitatea oricărei glande endocrine, este de sorginte terminologică, majoritatea dintre noi neglijând faptul că secreŃia este un proces dual: sinteză şi eliberare.

Tot în cadrul relaŃiilor directe dintre glande se includ şi influenŃele exercitate de cei mai mulŃi hormoni asupra hipofizei, în primul rând, de hormonii a căror eliberare este controlată de stimulinele hipofizare. Deşi mecanismele intime prin care se realizează influenŃa hipofizei nu sunt bine cunoscute, este cert rolul retroaferent al acestor hormoni faŃă de hipofiză ca glandă coordonatoare. Dacă, în circumstanŃe ce nu interesează la acest moment, hipofiza comandă printr-o stimulină eliberarea unui hormon dintr-o anumită glandă, concentraŃia realizată de acesta în sânge va permite hipofizei „să afle” dacă şi în ce măsură comanda a fost executată, pentru ca astfel să poată interveni corector în caz de abateri. Când în sângele venit la hipofiză concentraŃia hormonului este inferioară celei comandate, hipofiza va elibera o nouă cantitate de stimulină (feed-back pozitiv), iar când aceasta este superioară comenzii hipofiza va opri eliberarea stimulinei respective (feed-back negativ) şi, dacă abaterea este majoră, va pune în libertate o altă stimulină destinată unei glande ce va elibera, la rândul ei, un hormon cu acŃiune antagonică celui dintâi.

În fine, Ńinând tot de relaŃiile directe, sunt de considerat influenŃele hormonale exercitate între anumite glande periferice. Acestea nu sunt întâmplătoare şi nici facultative, ci ele se integrează în structura specifică subsistemului. Unele dintre ele au la bază acŃiunile a doi hormoni asupra laturilor opuse ale unui proces unitar – aşa cum este cazul insulinei (hipoglicemiant) şi cortizolului (hiperglicemiant) –, altele, acŃiuni hormonale unilaterale mai greu de analizat în esenŃa lor, fiind prea puŃin cunoscute – aşa cum este cazul influenŃei hormonilor epifizari asupra secreŃiei endocrine a gonadelor.

În cadrul relaŃiilor indirecte, mult mai generale şi, uneori, mult mai subtile, se includ influenŃele reciproce sau unilaterale exercitate nu prin intermediul hormonilor, ci al consecinŃelor determinate de acŃiunile acestora. Asemenea relaŃii sunt valabile pentru toate formaŃiunile secretorii, desigur, cu particularizările de rigoare. Ele constituie fondul general pe care se grefează relaŃiile directe dintre glande, ambele categorii contribuind la realizarea unităŃii structurale a subsistemului endocrin, a sistemului integrator neuroendocrin şi a organismului în ansamblul său. Din numeroasele exemple selectăm pe cel mai cunoscut. Provocată de un exces temporar de insulină hipoglicemia ca atare exercită un efect stimulator atât asupra celulelor secretoare de glucagon şi a corticosuprarenalei, care vor

167

elibera hormoni cu acŃiune hiperglicemiantă, cât şi asupra adenohipofiziei care va elibera stimulinele specifice cu acŃiune sinergică acestora.

XI. 5. Arcul şi actul reflex endocrin

Deşi extrapolarea terminologică poate părea forŃată, totuşi, la nivel de principiu organizarea şi funcŃionarea subsistemului endocrin sunt identice cu organizarea şi funcŃionarea subsistemului nervos. Şi aici suntem în faŃa unor autentice arcuri şi acte reflexe (fig. 63).

Hipofiza îndeplineşte un dublu rol: de receptor şi de centru. Stimulii

sunt aduşi aici de sângele aferent şi sunt reprezentaŃi de variaŃiile semnificative ale anumitor parametri ce caracterizează mediul intern, faŃă de care hipofiza manifestă sensibilitate directă. În conformitate cu natura şi mărimea abaterii (variaŃiei), hipofiza – în calitate de centru endocrin superior – emite o comandă adecvată prin eliberarea în sângele eferent a unei stimuline care, însă, nu se adresează direct efectorului, ci unei anumite glande periferice cu valoare de centru subordonat şi abia aceasta va transmite comanda finală prin eliberarea unui hormon propriu în sângele ce o părăseşte şi care are destinaŃie, de regulă, multiplă, spre mai mulŃi efectori tisulari. După executarea comenzii de către efector, hipofiza, în calitate de centru endocrin de rang superior, primeşte, prin acelaşi vas aferent, dar la a doua trecere a sângelui prin glandă, retroinformaŃii în baza cărora „constată” dacă şi în ce măsură şi-au făcut datoria atât glanda periferică – prin concentraŃia hormonului acesteia în sânge -, cât şi efectorul – prin gradul de corectare a abaterii parametrului implicat. După cum uşor se

Fig. 63 Schema arcului reflex endocrin.

CAF – cale aferentă; HF – hipofiză; CEF – cale eferentă; GP – glandă periferică; EF – efector; CAFI – cale aferentă inversă; CH – concentraŃia plasmatică a hormonului eliberat de glanda periferică; PSM – parametru sanguin modificat prin acŃiunea efectorului

168

poate constata, ne aflăm în faŃa unui autentic arc reflex, cu toată procesualitatea lui specifică. ExistenŃa unor modalităŃi de lucru identice în principiu nu reprezintă un argument în susŃinerea strânsei colaborări dintre cele două subsisteme, ci dovada clară a unicităŃii sistemului integrator neuroendocrin. Nu trebuie uitat nici faptul că atât celula endocrină, cât şi neuronul sunt, în fond, celule secretorii.

XI. 6. Timpul reflex în integrarea endocrină

Dacă o serie întreagă de aspecte specifice desfăşurării unui „act reflex endocrin” sunt situate valoric mult sub cele specifice actului reflex nervos, aceasta nu trebuie să conducă la concluzia greşită ca cele două tipuri de activitate reflexă se află pe paliere evolutive diferite. După cum s-a precizat mai sus, evoluŃia celor două subsisteme nu a fost succesivă, ci concomitentă, subsistemul neural nefiind o alternativă a celui endocrin. Superioritatea în plan funcŃional a subsistemului nervos este reală şi evidentă numai ca rezultat al comparării sale cu subsistemul endocrin. Ea dispare însă atunci când cele două subsisteme sunt judecate din perspectiva intereselor generale ale organismului. Este greşită opinia potrivit căreia subsistemul neural ar fi mai eficient în integrarea organismului decât cel endocrin. Fiecare este la fel de eficient în procesul integrării întrucât fiecare realizează, în domeniul propriu de activitate, exact ceea ce trebuie şi cum trebuie. Dacă ar fi fost necesar, util organismului, ca în sfera de activitate a subsistemului endocrin procesele să decurgă altfel, evoluŃia ar fi făcut în timp corecŃia necesară. Dacă subsistemul endocrin este inferior întrucât nu poate realiza ceea ce i se cere subsistemului neural, atunci şi acesta din urmă este inferior celui dintâi din acelaşi motiv şi în egală măsură.

Un aspect funcŃional care a înclinat serios balanŃa în favoarea superiorităŃii subsistemului neural a fost acela al consumului mult mai mare de timp în desfăşurarea actului reflex endocrin. Această realitate nu are însă valoarea unui criteriu de ierarhizare, ci ea exprimă gradul înalt de evoluŃie prin specializare a laturii endocrine a sistemului integrator unitar, ca răspuns dat unor necesităŃi specifice organismului. Consumul relativ mare de timp este determinat de modul de realizare (parcursul) a circulaŃiei şi de viteza redusă cu care sângele poartă mesagerii hormonali la locurile de acŃiune. Astfel, pentru ca o stimulină hipofizară să ajungă la o glandă periferică ea trebuie să parcurgă, odată cu sângele şi în parte cu limfa, un drum lung: hipofiză – inimă – plămâni – inimă – glandă periferică. Un drum similar va parcurge şi hormonul glandei periferice pentru a ajunge la Ńesuturile Ńintă. Deşi mare, acest consum de timp se dovedeşte adecvat majorităŃii sarcinilor îndeplinite de subsistemul endocrin. În cazul în care

169

glanda face parte dintr-un arc reflex endocrin, căruia interesele organismului îi „cer” o mai mare promptitudine în acŃiune, atunci acest consum de timp este scurtat în trei moduri şi la tot atâtea niveluri valorice diferite.

În primul rând, este cazul arcului endocrin prin care se reglează valoarea glicemiei, un parametru biochimic al mediului intern ale cărui variaŃii trebuie menŃinute în limite mult mai strânse (oscilaŃii mici în timp) decât ale lipemiei sau proteinemiei. IntoleranŃa organismului faŃă de variaŃiile mari ale glicemiei nu îşi are explicaŃia în anumite proprietăŃi speciale în plan biochimic ale glucozei, ci în proprietatea fizico-chimică a acesteia de a genera o mare forŃă osmolară. Când concentraŃia glucozei în lichidul pericelular este mai mare sau mai mică decât cea optimă, atunci forŃa osmolară apreciabilă pe care ea o dezvoltă sau nu determină mişcări compensatorii ale apei din celulă spre exterior, respectiv din afară spre celulă, ceea ce are ca primă şi importantă consecinŃă schimbări corespunzătoare în concentraŃiile ionilor Na+, K+, şi Ca2+ de o parte şi de alta a membranei celulare, concentraŃii de care depinde excitabilitatea celulelor. Din acest motiv neuronii se dovedesc a fi primele celule afectate de hiper – şi hipoglicemie, ambele variaŃii ducând, dincolo de anumite limite, la comă. Faptul că în hiperglicemie apar produşi de degradare parŃială a glucozei, cu un pronunŃat potenŃial toxic, nu reprezintă decât dovada că organismul încearcă, prin orice modalitate, să scape de pericolul mai mare pe care-l reprezintă tocmai osmolaritatea. În aceste condiŃii organismul este „dispus” să facă orice cu glucoza – să o transforme prin neogeneză în lipide şi proteine, să o degradeze parŃial în corpi cetonici şi chiar să o elimine ca atare – numai să evite efectele negative asupra celulelor excitabile provocate de forŃa osmolară pe care aceasta o dezvoltă. Din acest motiv, reducerea timpului reflex în reglarea glicemiei este imperios necesară. Şi aceasta se realizează prin scurtarea drumului dintre glanda periferică (insulele pancreatice) şi efector (ficatul) între care se realizează un circuit sanguin de tip portal: sângele venos al glandei, încărcat cu hormoni, se redistribuie direct efectorului, înainte de a ajunge în vasele de reîntoarcere la inimă. Altfel, timpul reflex ar fi aproape dublu întrucât la timpul necesar ajungerii stimulinei hipofizare la pancreas s-ar adăuga şi acela necesar unei duble treceri prin inimă a sângelui încărcat cu insulină sau glucagon în drumul său de la pancreas la ficat.

În al doilea rând, este cazul arcului reflex endocrin prin care se reglează valoarea calcemiei, un parametru fizico-chimic al mediului intern ale cărui variaŃii trebuie menŃinute în limite şi mai strânse decât glicemia

170

(comparaŃia este neadecvată esenŃei problemei). Aceasta întrucât, după cum s-a constatat, importanŃa ionului Ca2+ este imensă pentru organism, el fiind implicat în cele mai importante mecanisme fiziologice: excitabilitatea celulară, eliberarea prin exocitoză a produşilor de sinteză, mijlocirea acŃiunilor hormonale ca al doilea mesager etc. În consecinŃă, scurtarea timpului reflex trebuie realizată la nivelul importanŃei parametrului implicat. Având în vedere numărul mare şi distribuŃia difuză a efectorilor acestui reflex, adoptarea circulaŃiei portale se dovedeşte nu numai inoperantă, ci şi imposibil de realizat. Încât singurele soluŃii eficiente se dovedesc a fi scoaterea glandei periferice – paratiroida – de sub controlul hipofizei în privinŃa eliberării hormonilor, specifici şi creşterea sensibilităŃii paratiroidei faŃă de cele mai mici variaŃii ale calcemiei. Paratiroida devine astfel independentă faŃă de hipofiză în privinŃa eliberării hormonilor care se va realiza sub acŃiunea directă a concentraŃiei Ca2+ în sângele aferent glandei: parathormonul pentru scăderea Ca2+ şi calcitonina pentru creşterea acestuia.

În fine, în al treilea rând, este cazul arcului reflex endocrin prin care organismul în general trebuie pus în starea „gata de acŃiune” atunci când intervine o schimbare în mediu (intern sau extern), semnificativă ca valoa-re, dar insuficient definită în conŃinut. Întrucât conŃinutul semnalului este necunoscut (sau doar parŃial cunoscut), acŃiunea de răspuns nu poate fi anticipată (sau nu în întregime) decât ca iminenŃă, nu şi ca modalitate. De aceea organismul trebuie să se dovedească gata de orice acŃiune şi această stare trebuie obŃinută în cel mai scurt interval de timp, altfel răspunsul – de care ar putea depinde chiar existenŃa – poate fi tardiv sau imposibil. Gata de acŃiune, însă, nu însemnează numai o stare de alertă, ceea ce în limbaj fiziologic se traduce printr-o excitabilitate neuromusculară ridicată, ci şi o stare de „potenŃă acŃională”, ceea ce, în acelaşi limbaj, se traduce printr-o disponibilitate momentană de resurse energetice (glucoză şi oxigen, în primul rând). Din toate aceste motive, glanda periferică (medulo-suprarenala) implicată în acest arc reflex trebuie să elibereze aproape instantaneu hormonii săi specifici (catecolamine). Cum nici o modalitate din cele analizate nu poate realiza acest lucru, singura soluŃie optimă s-a dovedit aceea ca glanda medulosuprarenală să elibereze hormonii săi sub comandă nervoasă directă. Odată eliberate, catecolaminele produc două efecte majore: sporirea excitabilităŃii neuromusculare – prin care se asigură starea de alertă – şi sporirea glicemiei (prin blocarea eliberării insulinei) – prin care se asigură starea de potenŃă acŃională.

171

XI. 7. Sferele integrării endocrine

În cadrul procesului unitar al integrării organismului latura endocrină reprezintă continuitatea, iar latura neurală – discontinuitatea. AfirmaŃia nu are un sens exclusivist, fiecare latură deŃinând, într-o anumită măsură, trăsă-turi caracteristice celeilalte. Continuitatea şi discontinuitatea se disting prin vitezele diferite cu care ele evoluează atât în plan fiziologic (funcŃional), cât şi în plan biologic (genetic). În plan fiziologic subsistemul endocrin, prin viteza de lucru mult mai redusă, realizează mai mult întreŃinerea în timp, decât iniŃierea proceselor de integrare, aceasta fiind apanajul (deşi nu exclusiv) sistemului neural, caracterizat de o viteză de lucru net superioară. Întrucât fiecare subsistem este o formaŃiune heterogenă, în sensul că este alcătuită din mai multe componente, fiecare cu anumite particularităŃi funcŃionale, viteza de lucru specifică acestora nu deŃine o valoare discretă, unică, valabilă pentru tot ansamblul. În totalitatea sa subsistemul are o viteză medie de lucru, situată valoric la distanŃă egală de limitele minimă şi maximă specifice unora dintre componentele sale. Din acest motiv vitezele de lucru ale subsistemelor se apropie prin extremele lor. SituaŃia este similară şi în plan biologic (genetic); evoluŃia oricărui sistem nu reprezintă un proces general, difuz şi uniform pentru toate componentele, deoarece devenirea nu poate avea caracter de masă. Cel puŃin din aceste două motive nu este posibilă demarcaŃia netă, în interiorul procesului integrator unitar, între latura endocrină – reprezentând continuitatea – şi cea neurală – reprezentând discontinuitatea. Este o dovadă în plus că sistemul integrator al organismului sistemul neuroendocrin – nu are caracter dual.

Cum în organism nu poate exista, nu un organ sau un Ńesut, dar nici măcar o singură celulă care să se sustragă integrării şi cum integrarea este un proces unitar realizat de un sistem unic, se înŃelege că atât existenŃa, cât şi devenirea organismului sunt condiŃionate de integrarea neuroendocrină. Încât sferele integrării endocrine trebuie să acopere atât sincronismul existenŃial, cât şi diacronismul evolutiv.

În sfera existenŃei integrarea endocrină este implicată în menŃinerea homeostaziei, în condiŃiile în care asupra acesteia se exercită permanente presiuni destabilizatoare atât din exterior, prin fluctuaŃiile din ambient, cât şi din interior, prin însăşi activitatea celulelor. Faptul că în planul existenŃei sunt implicate cele mai multe dintre glandele endocrine nu înseamnă că hormonii acestora au un rol mai mic în planul devenirii, cele două planuri neputând fi separate. În sfera devenirii integrarea endocrină este implicată atât pe plan ontogenetic – controlând dezvoltarea etapizată a organismului individual –, cât şi pe plan filogenetic – asigurând un raport optim între conservatismul şi variabilitatea caracterelor specifice. O importanŃă aparte

172

în această sferă a integrării endocrine o deŃin glandele implicate mai direct în creşterea şi dezvoltarea organismului: hipofiza, epifiza, tiroida, timusul şi gonadele. De aici nu trebuie să se înŃeleagă că aceste glande nu au implicaŃii în sfera existenŃei, ori că celelalte nu au rol în planul devenirii. Toate glandele contribuie, desigur, în măsură diferită, la integrarea organismului în dubla sa calitate: de sistem individual, sau entitate fiziologică şi de element component al speciei, sau entitate genetică.

173

SECłIUNEA a IV-a

SISTEMUL INTEGRATOR NEUROENDOCRIN

XII. INTEGRAREA NEUROENDOCRIN Ă Integrarea organismului este un proces unitar ce nu poate fi realizat

decât de un sistem de organe unitar. Caracterul unitar al sistemului neuroendocrin are, în primul rând, o bază onto- şi filogenetică, cele două componente – neurală şi endocrină – având o dezvoltare şi o evoluŃie concomitente şi, în al doilea rând, o bază anatomică (histologică), celulele ambelor subsisteme – neuronul şi celula endocrină – aparŃinând tipului excitabil – secretor, caracterizat de dezvoltarea mai mare a aceloraşi organite. În fine, caracterul unitar al sistemului neuroendocrin are şi o bază funcŃională, ambele componente având acelaşi mecanism funcŃional – actul reflex – şi aceeaşi finalitate – integrarea organismului în toată complexitatea sa. Analiza în plan fiziologic s-a făcut până aici separat pentru cele două subsisteme numai cu scopul de a asigura o mai corectă şi profundă înŃelegere a unităŃii lor. Ceea ce am comis prin aceasta nu este însă un sacrilegiu întrucât, fără a afecta caracterul unitar al întregului, fiecare parte se dovedeşte capabilă şi de acŃiune solitară fie în interiorul limitelor libertăŃii funcŃionale de care se bucură, fie – pentru scurt timp – în afara acestora. În plus, capacitatea de acŃiune solitară poate fi demonstrată experimental pentru fiecare dintre părŃi.

Integrarea organismului realizată cu participarea întregului sistem are la bază arcul şi actul reflex neuroendocrin. Datorită specificului funcŃional al fiecăruia – specific determinat de însele necesităŃile ale organismului şi nu de grade diferite de evoluŃie –, modul de intrare în acŃiune şi desfăşurarea în timp a contribuŃiei celor două subsisteme în cadrul aceluiaşi act reflex neuroendocrin sunt diferite. Ca urmare a variaŃiei semnificative a unui parametru (fig. 64 ∆P), subsistemul neural, având sensibilitate mai mare şi latenŃă mai mică, va intra primul în acŃiune şi va iniŃia atât activarea într-un anumit sens a subsistemului endocrin, cât şi – în multe cazuri – procesul în sine de corectare a abaterii.

După intrarea în acŃiune, cu latenŃă mai mare, a subsistemului endocrin, cel neural îşi reduce (încetează) intervenŃia, revenind episodic doar în momentele în care se impune schimbarea sensului acŃiunii endocrine, datorită inversării abaterii (fig. 64)

174

XII. 1. Particularit ăŃile integrării neuroendocrine

Dacă în planul alcătuirii arcul reflex neuroendocrin poate fi considerat ca rezultat al conectării celor două arcuri componente – neural şi endocrin –, în planul structurii actul reflex neuroendocrin nu poate fi redus la suma actelor reflexe ce au loc la nivelul acestora. Cauza principală, dar nu şi unică, este reprezentată de existenŃa unui mediu intern comun pentru toate componentele arcului neuroendocrin (receptori, centri, glande, efectori şi căi de conducere). În acest sens un rol esenŃial îi revine sângelui, componenta cea mai dinamică a mediului intern. Unicitatea mediului intern asigură nu numai conlucrarea mai eficientă a componentelor neurale şi endocrine în realizarea integrării organismului, ci şi condiŃionarea lor reciprocă prin care se accentuează caracterul unitar al însuşi sistemului integrator.

Pentru înŃelegerea corectă a arcului şi actului reflex neuroendocrin sunt necesare câteva precizări. În primul rând, se impune considerarea receptorilor şi din unghiul calităŃii cibernetice a informaŃiilor receptate la un moment dat. Una şi aceeaşi informaŃie captată la nivelul aceluiaşi receptor poate avea, la un moment anume, calitatea de informaŃie iniŃială, iar la un alt moment calitatea de retroinformaŃie. Spre exemplu, dacă reducerea glicemiei este determinată de creşterea consumului la nivel tisular ea este receptată ca informaŃie iniŃială, iar dacă este determinată de acŃiunea insulinei, eliberată în procesele de reglare, ea este receptată ca retroinfor-maŃie. Este necesar, de asemenea, ca pe lângă capacitatea formaŃiunilor receptoare de a detecta în mod specific anumite variaŃii din mediul intern, să se considere şi capacitatea quasitotalităŃii Ńesuturilor de a detecta în mod nespecific aceleaşi variaŃii, desigur, la alte cote valorice. Spre exemplu, variaŃiile glicemiei sunt detectate nu numai de glucoreceptorii specializaŃi

Fig. 64 Desfăşurarea în timp a intervenŃiilor celor două componente – endocrină şi neurală – în corectarea abaterilor (∆P) unui parametru (P)

175

din zonele reflexogene şi hipotalamus, ci şi de celulele hepatice, musculare, neuronale etc. În al doilea rând, se impune ca în cadrul arcului reflex neuroendocrin să fie considerat drept efector organul în întregul său şi nu doar unul din Ńesuturile ce îl compun. Pe lângă Ńesutul specific, prin care îi este definită funcŃia, organul deŃine şi o vascularizaŃie proprie, prin care îi este condiŃionată realizarea funcŃiei. Dacă prin Ńesutul specific organele efectoare pot aparŃine sferei somatice sau vegetative, prin vascularizaŃie toate Ńin de sfera vegetativă. Încât, activitatea unui organ efector trebuie pusă întotdeauna în legătură nu numai cu Ńesutul specific care o realizează, ci şi cu vascularizaŃia care o face posibilă. În analiza arcului şi actului reflex neuroendocrin, glandele endocrine nu sunt considerate organe efectoare, deşi ele au această valoare (cele periferice în raport cu hipofiza şi aceasta din urmă în raport cu nucleii secretori ai hipotalamusului), ci un fel de „centri” endocrini intermediari cu rol de comandă asupra efectorilor finali, cu dispoziŃie terminală în cadrul arcului. În al treilea rând, se impune a preciza că sângele, pe lângă calitatea de a fi „obiect al integrării” (menŃinerea homeostaziei parametrilor săi fizici şi chimici), participă el însuşi la realizarea integrării organismului, îndeplinind mai multe roluri în acest sens: a) sursă de informare pentru receptori (informaŃie iniŃială); b) vehicul pentru mesagerii hormonali (rolul de canal purtător); c) purtător de retroinformaŃii şi d) omogenizator al mediului extracelular prin dinamica lui sporită şi prin unicitatea sa. Primele trei fiind analizate şi cu alte prilejuri, vom face doar câteva remarci cu privire la ultimul rol jucat de sânge în integrare.

Prin unicitatea şi dinamica sa, sângele previne accentuarea unor modificări fizico-chimice în anumite teritorii ale organismului, produse de însăşi funcŃionarea Ńesuturilor, contribuind chiar şi în acest mod la integrare. Astfel, oricare Ńesut (organ) este nu numai informat cu privire la starea funcŃională a tuturor celorlalte, ci şi influenŃat de ea. Aceasta este o regulă generală căreia nu i se poate sustrage nici una dintre componentele organismului. Asemenea influenŃe generalizate au consecinŃe ce depind, pe de o parte, de semnificaŃia şi valoarea modificării produse într-un teritoriu al organismului şi, pe de altă parte, de sensibilitatea proprie a fiecărui Ńesut faŃă de acea modificare. De exemplu, consecinŃele produse de modificarea natremiei vor fi mai puŃin spectaculoase decât cele produse de modificarea glicemiei, însă, în ambele cazuri ele vor fi mult mai pronunŃate la nivelul Ńesutului neural decât la nivelul Ńesutului conjunctiv. Întrucât, prin sensibilitatea foarte pronunŃată faŃă de asemenea modificări ale mediului intern, sistemul nervos ar putea fi grav afectat în funcŃionalitatea sa, deci în însăşi capacitatea de a interveni prompt şi eficient în chiar procesul

176

corectării acelor modificări, o anume protejare a sa faŃă de acestea, sub forma unei estompări a influenŃelor posibil negative, se impune cu necesitate. Acest rol revine barierei hematoencefalice, un ansamblu format din capilare (specifice) şi anumite celule gliale care, fără a împiedica schimburile, „amortizează” efectul modificărilor sanguine într-atât, încât la nivelul lichidului cefalorahidian ele au, în cea mai mare măsură, doar valoare informaŃională şi numai în mică măsură şi dincolo de anumite limite şi valoare de factor de influenŃă asupra metabolismului Ńesutului neuronal. În fine, în legătură cu influenŃele reciproce dintre Ńesuturi, exercitate prin intermediul modificărilor produse în sânge de însăşi activitatea lor, trebuie remarcat că acestea pot afecta celulele atât în planul funcŃiei lor specifice sau în cel al metabolismului propriu, cât şi în ambele planuri, aceasta fiind funcŃie atât de natură şi amploarea modificării, cât şi de gradul de sensibilitate a celulei şi de posibilităŃile de care ea dispune pentru a se proteja în faŃa lor. În al patrulea şi ultimul rând, se cuvine a preciza că activitatea de integrare neuroendocrină a organismului cuprinde două faze succesive: a) restabilirea homeostaziei şi b) întreŃinerea ei în timp. Deşi cele două faze au aceeaşi finalitate, diferenŃele dintre ele sunt remarcabile atât în ceea ce priveşte tipul şi numărul formaŃiunilor neuroendocrine implicate, cât şi, mai cu seamă, în privinŃa intensităŃii funcŃionale a acestora, şi, implicit, a destrucŃiilor posibile (uzurii) şi a costurilor energetice. Într-un paragraf anterior s-a făcut precizarea că integrarea constă, în ultimă analiză, în coordonare şi reglaj, în sensul că, în cazul apariŃiei unei modificări semnificative în mediu, sistemul neuroendocrin trebuie să decidă, în primul rând, direcŃia funcŃională optimă pe care va fi angajat organismul şi, abia în al doilea rând, nivelul de intensitate optimă a mecanismelor implicate în materializarea acesteia. Din unghiul celor acum şi aici discutate se poate observa că, pentru restabilirea homeostaziei, perturbată de o modificare semnificativă din mediu (intern sau extern), este necesară coordonarea, iar pentru întreŃinerea ei în noile condiŃii este necesar reglajul. În împrejurarea în care modificările din mediu se succed la intervale scurte de timp şi în mod aleatoriu şi această situaŃie se extinde ca durată, sistemul neuroendocrin şi, prin el întreg organismul, este suprasolicitat în direcŃia unor repetate încercări de restabilire a homeostaziei fără a o putea face integral, a unor succesive şi costisitoare (prin uzură şi consum energetic) procese de coordonare lipsite de rezultate imediate sau de perspectivă apropiată. O astfel de situaŃie generează starea de stres, stare cu pronunŃate efecte negative asupra întregii structuri bio-psiho-socio-culturale a individului uman. Întrucât faza de restabilire survine în urma

177

afectării homeostaziei, specifică anumitor circumstanŃe ambientale (fig. 65) şi sfârşeşte în momentul restabilirii homeostaziei, specifică noilor circumstanŃe ambientale, circumstanŃe în care se include ca prezenŃă permanentă şi factorul de mediu care a produs afectarea, ea – faza de restabilire – trebuie considerată ca o fază de tranziŃie a sistemului între două stări posibile. Încât, starea de stres nu este altceva decât consecinŃa generalizată a prelungirii exagerate a fazei de tranziŃie, caracterizată de funcŃionarea alertată, necoordonată a mecanismelor integratoare în căutarea unei noi stări stabile.

Starea de stres devine astfel o stare de disperare funcŃională a organismului în care, tocmai datorită disperării, mecanismele integratoare sunt scăpate de sub control, ordinea sistemului fiind grav compromisă. Încât starea de stres nu este altceva decât expresia fiziologică a unei nepermise prelungiri în timp a dezordinii funcŃionale, a entropiei crescute a sistemului.

Fig. 65

Fazele integrării neuroendocrine ∆ P – variaŃia parametrilor ambientali; F I, II – faze de stabilitate; FR – faza de restabilire a homeostaziei; – factorul de mediu (solicitare) modificat şi cu

acŃiune persistentă în timp

XII. 2. Arcul şi actul reflex neuroendocrin

Orice modificare semnificativă din mediul extern sau intern este sesizată de un câmp receptor specializat (Fig. 66).

La nivelul centrilor neuroendocrini ( care includ şi hipofiza) informa-Ńiile purtate de căile aferente sunt supuse unor procese de prelucrare bazate

178

atât pe funcŃia de sumator-integrator a fiecărui corp celular implicat, cât şi pe capacitatea neuronilor de a stabili între ei relaŃii sinaptice şi non-sinaptice. Rezultatul prelucrării informaŃiilor este comanda.

Fig. 66 Schema arcului reflex neuroendocrin

S – stimul din mediul extern sau intern; R – extero- sau interoceptor; CNE – centru neuroendocrin (în care este cuprinsă şi hipofiza): GP – glandă endocrină periferică; E – efectorul somatic sau vegetativ; RAI – receptorul aferentaŃiei inverse extero –

sau interoceptoare; MEI – mediul extern iniŃial; Cum, însă, gradul de complexitate anatomo-funcŃională a centrilor

este diferit, el fiind maxim pentru centrul cortical (scoarŃa în totalitatea ei), deducem că şi procesele de prelucrare, ca şi rezultatele lor, vor avea niveluri calitative diferite, respectând aceeaşi ierarhie. Mai mult chiar, la nivelul diencefalului, ca centru subcortical de cea mai mare complexitate, sunt elaborate comenzi nu numai de un înalt nivel calitativ, ci şi de o dublă natură: electrică (potenŃiale de acŃiune) şi chimică (hormoni), cele două laturi funcŃionale ale neuronilor fiind plenar exploatate.

MEM – mediul extern modificat de acŃiunea efectorului; MIM – mediul intern modificat de acŃiunea efectorului; 1 – cale aferentă nervoasă; 2 – cale eferentă nervoasă ce comandă direct eliberarea hormonului din glanda endocrină periferică ( este cazul medulosuprarenalei); 3 – cale eferentă nervoasă ce comandă efectorii musculari somatici sau vegetativi; 4 – cale endocrină (stimuline hipofizare); 5 – cale eferentă endocrină spre efectori somatici sau vegetativi; 6 – cale aferentă inversă nervoasă de la efectori somatici sau vegetativi; 7 – cale aferentă inversă nervoasă de la exteroceptori; 8 – cale aferentă inversă nervoasă de la interoceptori şi visceroceptori; 9 – care aferentă inversă umoral-hormonală.

179

Între centrii neuroendocrini şi glandele endocrine periferice se realizează legături complexe ce asigură intercondiŃionarea lor funcŃională. În primul rând, centrii neuroendocrini controlează activitatea metabolică (sinteza hormonilor) a tuturor glandelor endocrine (inclusiv a paratiroidei, medulosuprarenalei şi hipofizei) prin reglarea calibrului vaselor de sânge care le irigă. În al doilea rând, controlează eliberarea hormonilor din cvasitotalitatea glandelor periferice fie direct, (fig. 66, 2) prin comenzi nervoase (medulosuprarenala), fie indirect (4) prin intermediul hipofizei (stimuline hipofizare). La rândul lor, hormonii astfel eliberaŃi ajung cu sângele şi la centri (fig. 66, 9) pe care nu numai că îi informează cu privire la modul în care glandele au răspuns la comenzi (feed-back), ci îi influenŃează, direct sau indirect, în activitatea lor. Comenzile nervoase şi endocrine ajung la efectori (E) pe căi neuronale (fig. 66, 3) respectiv sanguine (fig. 66, 5). Prin acŃiunea lor specifică efectorii produc modificări în mediul extern (MEM) şi /sau intern (MIM). Dată fiind existenŃa necesară a unui anumit grad de libertate funcŃională a efectorilor, modificarea produsă în mediu de acŃiunea de răspuns a acestora poate fi conformă cu comanda primită sau poate să se abată de la aceasta. Asupra gradului de adecvare a răspunsului efectorilor centrii neuroendocrini sunt informaŃi pe căi aferente inverse (fig. 66, 7, 8) atât nervoase, prin mijlocirea extero- şi interoceptorilor (RAI), cât şi sanguine (fig. 66, 9) prin acŃiunea directă a hormonilor şi parametrilor plasmatici. În baza acestor retroinformaŃii (feed-back) centrii neuroendocrini pot interveni corector în activitatea efectorilor.

Subliniem şi cu acest prilej importanŃa faptului că toate compo-nentele arcului reflex neuroendocrin se află sub influenŃa unui mediu intern comun, a cărui stare fizico-chimică este nu numai un rezultat, ci şi o condiŃie – aici informaŃională – a funcŃionării acestora. Atât centrii nervoşi şi glandele, cât şi receptorii, căile de conducere şi efectorii vor suferi acelaşi tip de influenŃe atunci când în sânge va fi prezent, în cantitate mai mare sau mai mică, un anumit hormon, doar gradul de influenŃare va fi diferit, el fiind mai redus la nivelul centrilor nervoşi şi al căilor intranevraxiale prin protecŃia oferită de bariera hematoencefalică. În acelaşi timp trebuie considerate şi influenŃele unitare exercitate asupra componentelor arcului prin intermediul consecinŃelor generale determinate de hormoni, pe lângă cele ale hormonilor înşişi. Spre exemplu, catecolaminele descărcate de medulosuprarenală vor exercita atât o influenŃă directă ca hormoni, cât şi una indirectă prin valoarea glicemiei pe care o sporesc. Dacă, prin natura şi mărimea lor, influenŃele modificărilor din mediul intern sunt unitare, răspunsurile date de fiecare dintre componentele arcului neuroendocrin sunt profund diferite, ca mecanism şi efect local, dar unitare prin consecinŃa lor ultimă – integrarea.

180

Deşi în limbaj curent termenul de homeostazie este utilizat şi în legătură cu parametrii individuali ai mediului intern, vorbindu-se frecvent de homeostazia calciului, a glucozei etc., în realitate homeostazia este o stare ce caracterizează organismul ca întreg şi nu părŃile componente, ea fiind măsura nivelului redus al entropiei sale. În această ipostază homeostazia reprezintă rezultatul final al activităŃii integratoare a sistemului neuroendocrin, unic şi indivizibil. Desigur, homeostazia poate fi perturbată pe diverse căi, dar refacerea şi întreŃinerea ei se realizează, în toate cazurile, prin intervenŃia aceluiaşi sistem integrator neuroendocrin. Dacă perturbarea homeostaziei pe o anumită cale implică în mai mare măsură anumiŃi receptori, centri şi efectori aceasta nu dă dreptul la considerarea fragmentară a sistemului neuroendocrin, a organismului şi a homeostaziei sale. Pentru ilustrarea acestei realităŃi vom face o analiză sumară a integrării neuroendocrine a organismului în condiŃiile perturbării homeostaziei pe câteva dintre multiplele căi posibile.

XII. 3. Integrarea neuroendocrină a mediului intern

Exprimând o condiŃie a existenŃei sistemului viu, homeostazia mediului intern este o stare pe care metabolismul celular o pretinde şi pe care, tocmai realizarea lui, o distruge. Această contradicŃie îşi are originea în calitatea de sistem deschis a oricărei celule şi în faptul că lichidul interstiŃial, ca partener în realizarea schimburilor, este un bun comun şi limitat cantitativ. Mijloacele fiziologice prin care se asigură constanŃa fizico-chimică a mediului intern (homeostazia) sunt reprezentate de sisteme de organe specializate în realizarea schimburilor dintre acesta şi mediul extern organismului, unele asigurând intrări în mediul intern (sistemul digestiv şi respirator), altele – ieşiri din acesta (sistemul excretor şi respirator), între acestea şi celulele beneficiare transportul fiind asigurat de un alt sistem specializat în acest sens (sistemul circulator). Întrucât nivelul metabolismului nu este constant în timp, ci el se situează, în funcŃie de anumiŃi factori – interni şi / sau externi –, la oricare dintre valorile cuprinse între o limită minimă (în condiŃii bazale) şi una maximă (în condiŃii de activitate intensă) se impune cu necesitate adecvarea cantitativ-calitativă a intrărilor şi ieşirilor la aceste oscilaŃii ale metabolismului. Permanenta adecvare este asigurată de mecanismele integratoare neuroendocrine, fiecare purtând amprenta unei anumite specializări în plan fizic sau chimic.

XII. 3.1. Integrarea neuroendocrină în plan termic

Homeostazia organismului poate fi perturbată şi pe calea variaŃiilor termice. Cauzele acestor variaŃii pot fi exogene sau endogene, iar sensul lor negativ sau pozitiv.

181

VariaŃiile termice negative sau pozitive cu origine externă angajează formaŃiunile receptoare dispuse la interfaŃa organism-mediu extern, reprezentată de tegument, mucoase etc., iar cele cu origine internă formaŃiunile receptoare specializate din zonele reflexogene, aflate în contact cu mediul intern şi pe cele din muşchii scheletici. În legătură cu recepŃia termică de la nivelul musculaturii scheletice trebuie reŃinut faptul că, datorită rolului ei primordial de retroinformare a centrilor nervoşi cu privire la activitatea acestor efectori, ea este specializată numai pentru variaŃiile în sens pozitiv, cele în sens negativ (sub limita optimă) nefiind posibile din cauza permanenŃei tonusului muscular.

Căile neuronale ce conduc aceste informaŃii se distribuie atât la centri subcorticali, la nivelul cărora se închid arcuri reflexe rapide şi standardizate, cât şi la centrul cortical, la nivelul căruia se închid arcuri reflexe mai puŃin rapide şi modulare, ambele categorii având o finalitate comună: restabilirea şi întreŃinerea homeostaziei afectată în plan termic. Pentru o variaŃie exogenă în sens negativ centrii subcorticali elaborează comenzi ce vor fi transmise direct pe căi neuronale şi / sau indirect pe căi hormonale la acei efectori care, prin răspunsul lor specific, sunt capabili să determine, pe de o parte, reducerea pierderilor de căldură spre exterior şi, pe de alta, generarea de căldură şi disiparea ei în mediul intern. În funcŃie de mărimea variaŃiei negative, dar mai cu seamă de durata ei, sistemul integrator determină generarea unor efecte de mai mică sau de mai mare amploare, respectiv efecte pasagere sau durabile în timp. Când durata variaŃiei negative este mică, reducerea pierderilor de căldură se asigură prin vasoconstricŃie în zonele de contact cu mediul extern, generarea de căldură prin contractură musculară în aceleaşi zone superficiale (piloerecŃie), pentru scăderi mici ale temperaturii externe sau în prima fază a celor mai mari, şi contractură în zone mai profunde (frisonul), pentru scăderi mai mari, iar disiparea căldurii astfel produse – prin vasodilataŃie în alte zone decât cele superficiale. Când temperatura suprafeŃei externe a corpului scade sub o anumită limită, dincolo de care este periclitată însăşi existenŃa Ńesuturilor ce o formează şi în condiŃiile în care termogeneza internă s-a accentuat, atunci sistemul neuroendocrin declanşează vasodilataŃie periferică restabilind starea termică a învelişului corporal.

Nivelul vasodilataŃiei periferice este astfel stabilit încât să se asigure un raport optim pentru organism între cantitatea de căldură generată la interior şi cea pierdută la exterior, chiar dacă pentru aceasta se plăteşte un important tribut energetic. Totuşi, când acest tribut depăşeşte o anumită limită sistemul neuroendocrin declanşează, în prelungirea mecanismelor fiziologice simple, mecanisme comportamentale, mult mai complexe, dar şi mult mai eficiente (adăpostirea, acoperirea corpului etc.). Asemenea acte comportamentale se însuşesc prin condiŃionare reflexă încât, la o nouă

182

experienŃă de acelaşi tip, comportamentele sunt declanşate de la prima fază fiziologică sau chiar anticipat, în baza unor informaŃii de altă natură, dar care anunŃă posibila pierdere de căldură.

Când variaŃia termică negativă rămâne durabilă atunci sistemul neuroendocrin declanşează efecte fiziologice şi comportamentale mai profunde şi persistente (adaptări). Datorită pierderii prelungite de căldură întreg metabolismul energetic se stabilizează la valori mai ridicate şi se orientează spre lipogeneză, ceea ce determină un aport alimentar crescut, asigurat printr-o accentuare a apetitului culinar tocmai ca o consecinŃă a temperaturii scăzute. De asemenea, în plan comportamental, pe lângă acŃiunile deja amintite şi altele cu acelaşi sens, organismul este orientat preferenŃial spre alimente mai puternic calorigene, aşa cum sunt grăsimile de origine animală.

Deşi se susŃine că însăşi scăderea temperaturii ar fi cauza creşterii apetitului culinar, prin aceea că ea ar influenŃa un centru hipotalamic responsabil de instalarea stării de „saŃietate”, fie prin intermediul unor căi nervoase aferente acestuia, fie prin acŃiunea directă asupra lui a temperaturii mai reduse a sângelui, totuşi, nu există dovezi experimentale certe în acest sens. Fără a exclude această modalitate de răspuns a centrului hipotalamic se impune a sublinia că ea nu este unica posibilă şi, oricum, nu cea mai probabilă. Întrucât centrul saŃietăŃii funcŃionează şi în condiŃii de temperatură optimă a organismului, ar trebui să-i recunoaştem acestuia capacitatea de a primi şi prelucra două categorii de informaŃii: chimice şi termice. Presupunerea nu este absurdă, dar ea vizează o soluŃie prea complicată pentru natura vie care, este fapt dovedit, selectează soluŃiile cele mai simple şi mai eficiente din mai multe posibile. În condiŃiile în care organismul pierde în exterior căldură şi, în scopul compensării, măreşte rata catabolizării în direcŃie energetică a glucidelor, lipidelor şi chiar a protidelor, tocmai reducerea concentraŃiilor acestora în sânge reprezintă un semnal major şi suficient pentru centrul saŃietăŃii care, abia din acest motiv, va inhiba actul alimentaŃiei mai târziu decât în condiŃii termice normale. Încât, creşterea aportului culinar este mai mult o consecinŃă indirectă decât directă a scăderii temperaturii pe perioade mai lungi.

VariaŃiile în sens negativ cu origine internă pot să apară numai în condiŃiile scăderii metabolismului sub nivelul bazal, aşa cum se întâmplă în timpul somnului, al anesteziei generale şi în unele stări patologice. În timpul somnului un rol esenŃial revine actelor comportamentale atât la om, cât şi la animale, orientate în direcŃia reducerii pierderilor.

În cazul hipertermiei de origine externă sistemul neuroendocrin determină intrarea în acŃiune a unor efectori prin care se asigură creşterea pierderii de căldură şi reducerea generării ei în interior. Într-o primă fază, pierderea de căldură spre exterior se face prin iradiere asigurată de

183

vasodilataŃia periferică şi, în faza următoare, prin evaporarea lichidului de transpiraŃie, provenit din plasmă. Eliminarea apei plasmatice nu are un scop în sine, ci ea se realizează pentru a transporta la exterior căldura aflată în exces. Precizarea este necesară întrucât există şi o eliminare de apă cu scop în sine: când presiunea sângelui creşte brusc peste o anumită valoare (starea hipertensivă), eliminarea unei cantităŃi de apă plasmatică devine benefică prin reducerea volemiei. În acest caz însă, lichidul eliminat are temperatura normală a sângelui din vasele periferice (transpiraŃie „rece”). Facilitarea pierderilor de căldură prin iradiere şi evaporare este asigurată prin declanşarea unor acte comportamentale adecvate: vestimentaŃie uşoară şi de culori deschise, evitarea surselor de căldură, reducerea efortului fizic etc. În fine, diminuarea generării interne de căldură se bazează, în primul rând, pe reducerea reacŃiilor metabolice exergone şi, în al doilea rând, pe scăderea aportului alimentar ca urmare fie a reducerii catabolismului, fie şi a unei acŃiuni directe a temperaturii ridicate asupra centrului saŃietăŃii.

Hipertermia de origine internă se produce, în condiŃii fiziologice, numai în consecinŃa unui efort muscular intens şi de durată. Receptorii implicaŃi, deşi fac parte din aceeaşi categorie, sunt nu numai dispuşi în zone corporale diferite, ci şi integraŃi în arcuri reflexe distincte. Cei situaŃi în zonele reflexogene fac parte din aceleaşi arcuri implicate în hipertermia de origine externă, ei informând centrii cu privire doar la creşterea temperaturii mediului intern, nu şi cu privire la cauza ce a provocat-o. Cei dispuşi la nivelul musculaturii scheletice intră în grupa proprioceptorilor şi ei informează alŃi centri (cu excepŃia celui cortical), prin alte căi aferente cu privire la creşterea temperaturii locale din muşchi, situaŃie ce trebuie evitată întrucât prin aceasta poate spori fluiditatea fosfolipidelor atât din membranele dendritelor şi axonilor aparŃinând inervaŃiei muşchiului, cât şi din sarcolemă, generând grave modificări de excitabilitate, în urma cărora au de suferit atât coordonarea şi reglarea mişcărilor, cât şi procesul contractil în sine.

XII. 3.2. Integrarea neuroendocrină în plan chimic

Homeostazia mediului intern poate fi afectată şi prin variaŃiile în sens pozitiv sau negativ ale concentraŃiilor sanguine ale componentelor chimice: oxigen, dioxid de carbon, ioni minerali, substanŃe organice. Cauzele acestor variaŃii pot fi exogene sau endogene, motiv pentru care senzorii chimici sunt orientaŃi atât spre mediul extern (exteroceptori chimici), cât şi spre mediul intern (interoceptori chimici). În funcŃie de calitatea (semnificaŃia) componentei chimice şi de valoarea abaterii sale în mediu sunt angajate arcuri reflexe distincte, dar toate având aceeaşi finalitate.

Integrarea internă a organismului în plan chimic este mult mai complexă şi mai nuanŃată decât cea în plan termic. Modalitatea chimică,

184

deŃinând o gamă foarte largă de specializări la nivelul câmpurilor receptoare, asigură o mare diversitate de răspunsuri reflexe. Ca şi în cazul modalităŃii termice şi aici receptorii orientaŃi spre exterior vor asigura declanşarea unor acte reflexe mai complexe, multe dintre acestea servind integrarea organismului şi în alte planuri decât cel pur chimic. De asemenea, atunci când sunt implicate în integrarea chimică internă, actele reflexe exteroceptive au ca finalitate prevenirea modificării chimice a mediului intern (sunt anticipative), spre deosebire de cele interoceptive care au ca finalitate corectarea modificării chimice deja produsă în mediul intern (sunt constatative).

Cei mai cunoscuŃi dintre chemoreceptorii orientaŃi spre mediul extern sunt localizaŃi la nivelul primului compartiment al căilor respiratorii (receptorii olfactivi) şi digestivă (receptorii gustativi), căi ce reprezintă principalele porŃi de intrare spre mediul intern a componentelor chimice de bază: oxigen, apă, substanŃe minerale şi substanŃe organice. Aceste intrări de substanŃă sunt necesare menŃinerii compoziŃiei chimice constante a mediului intern în condiŃiile în care aceasta este permanent afectată de consumurile celulare, de eliminările necesare şi de unele pierderi inevitabile spre exterior. Deşi menŃinerea constanŃei chimice interne necesită corelarea valorică între intrări şi ieşiri, iar aceasta nu este posibilă fără un control al celor dintâi, totuşi, receptorii olfactiv şi gustativ nu participă la îndeplinirea acestui rol. Receptorul olfactiv nu este specializat în detectarea concentraŃiei O2 (şi a CO2) din aer, după cum nici cel gustativ în decelarea conŃinutului de proteine, lipide, glucide sau substanŃe minerale din alimente. Dispuşi în primul compartiment al căilor respiratorie şi digestivă cei doi receptori informează centri neuroendocrini cu privire la compatibilitatea aerului şi alimentului sub raportul purităŃii, centri declanşând reflexe de oprire a accesului la zonele de schimb atunci când sunt prezente în concentraŃii decelabile substanŃe străine intereselor organismului. Cei doi receptori sunt implicaŃi şi în numeroase alte reflexe ce asigură integrarea organismului pe alte planuri decât cel ce vizează constanŃa chimică a mediului intern. AlŃi chemoreceptori orientaŃi tot spre mediul extern, deşi mai rar consideraŃi ca atare, sunt localizaŃi în zona submucoasă a pereŃilor stomacului, duodenului şi intestinului. Ei informează centri nervoşi cu privire la compoziŃia chimică a conŃinutului acestor organe cavitare, conŃinut rezultat din transformările fizico-chimice ale alimentului (parte a mediului extern) produse de secreŃia specifică din fiecare zonă. În baza acestor informaŃii centri nervoşi pot executa un control eficient asupra tuturor organelor implicate atât direct, prin comenzi nervoase adresate musculaturii netede din vasele sanguine şi pereŃii organului cavitar, cât şi indirect, prin comenzi hormonale adresate aceloraşi efectori şi celulelor secretorii. Este de remarcat faptul că la nivelul tubului

185

digestiv, dată fiind complexitatea sporită a proceselor ce au loc aici, s-a impus cu necesitate realizarea unui subsitem neuroendocrin propriu, subordonat celui general al organismului. Plexurile intramurale (Meisner şi Auerbach) şi celulele proprii secretoare de hormoni digestivi (gastrina, colecistokinina, VIP etc.) asigură un control local al activităŃii tuturor organelor implicate în activitatea digestivă, degrevând astfel centrii axului-cerebrospinal de o mare parte din sarcinile integrării acestora şi asigurând o mai mare promptitudine a răspunsurilor. Când capacitatea sistemului local este depăşită de realitate, sau când apar modificări majore în starea organismului sau în circumstanŃele ambientale, abia atunci se impune intervenŃia centrilor nevraxiali care, însă, se realizează în cea mai mare măsură tot prin mijlocirea celui dintâi.

Chemoreceptorii orientaŃi spre mediul intern, în fapt, spre componenta cea mai dinamică a acestuia – sângele, sunt localizaŃi, alături de mecano- şi termoreceptori, la nivelul zonelor reflexogene din pereŃii arteriali. Prin poziŃia pe care o ocupă în arborele circulator chemoreceptorii interni sunt în măsură să informeze centrii neuroendocrini cu privire la modificările apărute imediat ce sângele a părăsit inima, astfel încât, atunci când acesta a ajuns la Ńesuturile beneficiare, intervenŃiile corectoare sunt deja în curs de derulare, nu numai declanşate. În acest mod se câştigă timp, deci eficienŃă în integrarea chimică.

Deşi unitară prin aspectele ei generale, integrarea în plan chimic a mediului intern prezintă unele particularităŃi legate de natura anorganică sau organică a componentelor implicate. Pentru a înŃelege acest aspect esenŃial este necesar să recurgem la o simplificare ce nu denaturează fondul problemei aflată în discuŃie. Vom considera mediul intern ca pe un spaŃiu lichid închis – cum şi este în realitate –, care scaldă celulele şi care se află în relaŃii de schimb cu mediul extern, mediate de două bariere de transfer, una de intrare şi alta de ieşire. DistincŃia între acestea este doar funcŃională, nu şi anatomică, una şi aceeaşi barieră putând îndeplini ambele roluri. În aceste condiŃii, homeostazia devine o consecinŃă a echilibrării cantitativ-calitative dintre intrare şi ieşire. O asemenea considerare a homeostaziei este valabilă însă numai dacă dăm termenului de ieşire înŃelesul mai larg de reducere a concentraŃiei sanguine a unui component, indiferent dacă aceasta se produce prin eliminare la exterior, prin transformare într-o altă componentă, prin depozitare în spaŃiile intracelulare, sau prin consum ca atare la nivel celular. Spre exemplu, în grupa componentelor anorganice ale mediului intern apa ocupă un loc aparte întrucât ea, spre deosebire de toate celelalte, are o dublă provenienŃă: exogenă şi endogenă. Apa exogenă este de provenienŃă alimentară şi, din acest motiv, ea face obiectul schimburilor cu ambientul atât la intrarea, cât şi la ieşirea din mediul intern. Cea endogenă este de provenienŃă metabolică rezultând la nivel celular din

186

arderea în scop energetic a hidrogenului şi, din acest motiv, ea face obiectul schimburilor doar la ieşirea din mediul intern, alături de cea exogenă. Pentru ilustrarea mecanismelor generale de integrare în plan chimic şi a diferenŃelor ce apar între reglarea concentraŃiilor componentelor anorganice şi ale celor organice ne vom opri asupra calciului – pentru prima categorie – şi asupra aminoacizilor, acizilor graşi şi monozaharidelor, pentru cea de-a doua.

Datorită implicării ionului Ca2+ în numeroase şi importante procese fiziologice calcemia reprezintă unul dintre parametrii chimici cei mai importanŃi, menŃinerea ei la valori normale beneficiind de cele mai prompte şi eficiente mecanisme de reglare. Sporirea eficienŃei reglajului în acest caz se realizează prin autonomizarea paratiroidei faŃă de hipotalamus şi hipofiză în ceea ce priveşte eliberarea parathormonului şi calcitoninei. În acelaşi sens operează şi sensibilitatea sporită a Ńesuturilor excitabile – în special a celui nervos şi endocrin – faŃă de variaŃiile calcemiei. De aici şi rolul redus pe care l-ar putea juca receptorii specializaŃi din zonele reflexogene, a căror existenŃă este, poate şi din acest motiv, insuficient probată. Când variaŃia calcemiei este de sens pozitiv, mecanismele neuroendocrine, generale şi locale, acŃionează în direcŃia reducerii intrării acestui ion din mediul extern, prin scăderea absorbŃiei intestinale şi a sporirii ieşirii lui din mediul intern prin creşterea eliminării urinare şi – dacă procesul de osificare nu este încheiat – prin sporirea, între anumite limite, a reŃinerii lui la nivelul oaselor. Nu trebuie neglijat faptul că anumite modificări hormonale, produse în consecinŃa creşterii calcemiei, ca şi creşterea în sine a acesteia, pot determina sporirea afinităŃii unor proteine plasmatice şi chiar celulare (calmodulina) faŃă de ionul de calciu, a cărui concentraŃie în forma liberă (ionică) este astfel diminuată. Dimpotrivă, când variaŃia este de sens negativ acŃiunile neuroendocrine vor spori intrările, vor reduce eliminările şi, la nevoie vor mobiliza o parte din calciul existent în oase. În aceste circumstanŃe hormonale şi ionice se va reduce şi afinitatea proteinelor plasmatice pentru calciu, eliberarea lui de la acest nivel contribuind la restabilirea valorii normale a calcemiei. În cazul în care ar fi vorba de un alt ion, de exemplu cel de K+, care nu are implicaŃii majore în constituŃia organismului, ci doar în funcŃionarea lui, valoarea normală a concentraŃiei sale în sânge (kaliemia) va fi menŃinută prin mecanisme neuroendocrine, generale şi locale, care vor opera exclusiv la nivelul intrărilor şi eliminărilor. Legarea de proteinele plasmatice este operantă şi în acest caz. IniŃierea mecanismelor neurohormonale însă se bazează aici pe existenŃa receptorilor specifici situaŃi în zonele reflexogene.

Pentru menŃinerea la valori constante a proteinemiei, lipemiei şi glicemiei mecanismele neuroendocrine operează într-o modalitate cu totul diferită şi la alte niveluri decât barierele de intrare-ieşire. Fiind vorba de

187

substanŃe organice pe care organismele heterotrofe (om şi animale) nu sunt capabile să le sintetizeze din substanŃe anorganice, singura sursă din care acestea pot fi obŃinute este reprezentată de alimentele de origine animală şi / sau vegetală. Cum, însă, fiecare specie heterotrofă prezintă un anumit profil nutriŃional, impus nu numai de necesităŃile metabolismului individual, ci şi de cele ale „metabolismului” ecosistemelor, în interiorul cărora se dezvoltă adevărate lanŃuri trofice, şi cum aceste profiluri se pot suprapune parŃial pentru specii diferite, sau total pentru indivizii aceleiaşi specii, la toate acestea adăugându-se discontinuitatea distribuŃiei spaŃio-temporale a componentelor (plante şi animale) fiecărui profil, în aceste condiŃii procurarea hranei devine, în ultimă analiză, o adevărată luptă pentru existenŃă. Este, în fond, o luptă pentru resurse organice şi, ca în orice luptă, există şi aici riscul, deloc neglijabil, ca unii indivizi să piardă parŃial (slăbire prin subnutriŃie) sau total (moarte prin inaniŃie). Apare astfel o situaŃie contradictorie între cererea continuă şi în cantităŃi cvasiconstante de substanŃă organică, reclamată de homeostazia mediului intern cu stringenŃă şi oferta discontinuă şi în cantităŃi variabile, disponibilizată de mediul extern cu zgârcenie. Contrarietatea este accentuată în plan calitativ întrucât alimentele nu conŃin proteine, lipide şi glucide în proporŃiile reclamate de homeostazie. SoluŃia optimă, reŃinută şi dezvoltată în evoluŃie, este oferită de ficat, organ ce are valoarea unei „uzine chimice” pentru organism şi nu pe aceea de glandă digestivă anexă. EsenŃa funcŃională a acestui organ, raŃiunea ultimă a apariŃiei şi dezvoltării sale, constă în armonizarea ofertei cu cererea prin adecvarea celei dintâi la cea din urmă, adecvare ce se realizează însă nu prin modificarea cantitativ-calitativă a mediului extern, ceea ce nici nu ar fi fost posibil, ci prin interpunerea ficatului între cele două medii – extern şi intern – şi preluarea de la cel dintâi a rolului de ofertant direct de substanŃă organică pentru cel de-al doilea.

Când necesităŃile o impun şi circumstanŃele o permit, are loc hrănirea organismului (la om alimentaŃia). Din motivele arătate mai sus, organismul manifestă tendinŃa naturală de a încărca tubul digestiv cu cât mai multă hrană, fără a depăşi însă capacitatea maximă de prelucrare, semnalizată prin apariŃia senzaŃiei de saŃietate. În urma proceselor de digestie, substanŃele nutritive complexe (proteine, lipide, polizaharide) sunt aduse la forme mai simple cu moleculă mică şi absorbabile (aminoacizi, acizi graşi, monozaharide), fără pierderea proprietăŃilor esenŃiale ale substanŃelor din care au provenit. La nivelul barierei intestinale (intrare) acestea sunt transferate din mediul extern (fig. 67) într-un compartiment limitat al mediului intern, cuprins în vasele venoase ce părăsesc tubul digestiv şi care se adună într-un vas unic ce merge la ficat (vena porthepatică) unde se recapilarizează.

188

Pentru sângele portal homeostazia nu numai că nu este necesară, el

fiind cuprins într-un compartiment limitat, dar ea ar fi contraindicată deoarece ar împiedica absorbŃia integrală şi rapidă a substanŃelor atât de necesare şi greu de procurat. CompoziŃia lui este astfel decisă exclusiv de procesele de absorbŃie. La nivelul capilarelor portale substanŃele organice sunt transferate din sânge la hepatocite în forma în care au fost absorbite, cantitatea totală a acestora, ca şi proporŃia dintre ele, reflectând doar valoarea nutritivă a alimentului. Prin activitatea lor specifică hepatocitele realizează: a) transformarea unor aminoacizi (dar şi a unor acizi graşi) non-self în aminoacizi (acizi graşi) specifici organismului individual; b) stabilirea proporŃiilor specifice dintre proteine, lipide şi glucide prin interconversia lor metabolică (acidul piruvic fiind nu numai un termen final comun în catabolizarea aminoacizilor, acizilor graşi şi monozaharidelor, ci şi un termen iniŃial în anabolismul acestora) şi c) transformarea exce-dentului de substanŃă organică în substanŃă de rezervă depusă pe termen scurt (glicogenul hepatic) sau pe termen lung (lipidele adipoasei).

1. Ficatul îndeplineşte şi numeroase alte roluri, dar acestea sunt subsidiare în raport cu cele analizate aici din perspectiva integrării în plan chimic. Unele dintre ele vor fi analizate pe parcurs.

După acest excurs, punctat cu detalii doar în măsura în care ele s-au dovedit strict necesare înŃelegerii mecanismelor de care ne ocupăm aici, să

Fig. 67 Rolul esenŃial al ficatului în menŃinerea constantă a concentraŃiilor substanŃelor organice.F – ficat; TD – tub digestiv; AH – artera hepatică; AI – artera intestinală; VPH – vena porthepatică cu origine digestivă; VSH – vena suprahepatică; ME – mediu extern

189

revenim la problema integrării în plan chimic în care sunt implicaŃi interoceptorii pentru substanŃele organice.

Când concentraŃia uneia dintre substanŃe creşte în sânge, centrii nervoşi, informaŃi de chemoreceptorii din zonele reflexogene, trimit comenzi la regiunile efectoare atât direct, pe căi neurale (în special la vasele de sânge ale regiunii), cât şi indirect, pe căi hormonale prin intermediul hipofizei (la glandele periferice care pot fi implicate, la vasele de sânge şi celulele regiunii efectoare). Ca efector principal în asemenea cazuri ficatul va da curs comenzilor primite restabilind concentraŃiile şi raporturile normale dintre substanŃele organice. Să admitem, cu titlu de exemplu, că centrii nervoşi sunt informaŃi de receptorii zonei reflexogene cu privire la sporirea concentraŃiei aminoacizilor în sânge. Doar în baza acestei singure informaŃii centrii nu pot elabora o comandă completă întrucât efectorului trebuie să i se indice şi calea metabolică prin care să se realizeze corecŃia. Sunt necesare informaŃii concomitente şi cu privire la concentraŃiile celorlalte substanŃe organice. Dacă sporirea proteinemiei se asociază cu valori normale ale lipemiei şi glicemiei, atunci comenzile nervoase şi endocrine vor cuprinde indicaŃia reducerii concentraŃiei aminoacizilor prin transformarea lor în grăsimi de rezervă, depuse în adipocite, caz în care Ńesuturile adipoase sunt implicate ca efectori finali. Dacă, însă, sporirea proteinemiei se asociază cu hipoglicemie sau hipolipemie, atunci excesul de aminoacizi va fi convertit parŃial în glucoză (gluconeogeneză), respectiv în acizi graşi plasmatici (liponeogeneză), restul luând calea depozitelor lipidice. Când, dimpotrivă, proteinemia se reduce, comenzile neuroendo-crine vor indica transformarea în aminoacizi (proteoneogeneză) a uneia dintre celelalte două substanŃe, mobilizată fie din plasmă – dacă concentraŃia ei o permite –, fie din depozitele temporare (glicogenul hepatic) sau permanente (trigliceridele adipoase). Prin analogie se poate stabili mersul proceselor şi pentru cazurile în care modificarea iniŃială vizează glicemia sau lipemia.

Din cele de până aici rezultă că pentru substanŃele organice menŃinerea constantă a concentraŃiilor şi raporturilor dintre acestea nu implică echilibrarea între intrările digestive şi ieşirile renale, aşa cum se întâmpla în cazul celor anorganice. Adevăratul şi unicul ofertant de substanŃă organică pentru mediul intern este ficatul în calitatea sa de uzină chimică a organismului. Interpus ca mijlocitor activ între cele două medii – cel extern, care îl aprovizionează discontinuu cu materii prime şi cel intern, care îi solicită continuu materii finite, ficatul este obligat să-şi asigure rezerve de materii prime. Integrarea neuroendocrină, prin care se realizează în timpul evoluŃiei această acordare cantitativ-calitativă, a determinat şi apariŃia unor acte comportamentale ale organismului îndreptate în acelaşi sens. Numeroase specii de animale, independent de poziŃia ocupată în scara

190

evolutivă, dar cu o organizare superioară a sistemului neuroendocrin, desfăşoară instinctiv acte comportamentale de stocare în exterior a alimentelor fie după o prealabilă prelucrare (albine), fie neprelucrate (veveriŃă). Omul, fiinŃă bio-psiho-socio-culturală, desfăşoară în acest sens acŃiuni raŃionale complexe, bazate pe cunoaştere, prin care se urmăreşte, pe lângă realizarea de rezerve alimentare, şi o structurare a profilurilor alimentare şi a comportamentelor, astfel încât organismul, în general şi ficatul, în special, să fie degrevate în cât mai mare măsură de sarcina interconversiei substanŃelor organice. Toate acestea ducând, în fond, la transformarea mediului extern într-un ofertant cât mai apropiat valoric de calitatea de ofertant direct deŃinută de ficat.

La acest punct al discuŃiei se impune o ultimă precizare. Homeostazia mediului intern nu numai în plan chimic, ci în general, nu deŃine un scop în sine. Ea este o condiŃie necesară desfăşurării metabolismului, o cerinŃă reclamată de celule care, astfel, deŃin calitatea de beneficiari ai homeostaziei. În această ipostază celulele nu pot fi generatoare de homeostazie. Ele o pretind, altcineva trebuie să le-o ofere. Cu atât mai mult cu cât metabolismul, care o reclamă în mod imperios, tocmai prin desfăşu-rarea lui o distruge în mod necesar. Încât, la restabilirea şi întreŃinerea homeostaziei mediului intern în plan chimic vizând substanŃele organice Ńesuturile beneficiare nu pot contribui. Singurul generator de homeostazie organo-chimică este ficatul. De aici se naşte concluzia: ca generator de homeostazie, ficatul (hepatocitele) nu poate fi şi beneficiarul ei, cel puŃin nu în aceeaşi măsură ca restul celulelor. Or, tocmai acesta este adevărul. Sângele portal care vine de la tubul digestiv şi scaldă hepatocitele nu este homeostazat, conŃinutul lui în proteine, lipide şi glucide fluctuând între limite extrem de largi.

XII. 4. Integrarea neuroendocrină în mediul extern

Cele două planuri – intern şi extern – nu constituie obiective distincte ale integrării, ci doar fazele unui proces unitar menit să asigure nivelul optim scăzut al entropiei sistemului viu elementar – celula – şi, prin aceasta, a sistemului viu supraunitar – organismul. Optimul entropic este exprimat în plan fiziologic de homeostazie. Considerată ca o condiŃie a vieŃii homeostazia este o stare necesară spaŃiului intracelular. Pentru ca ea să se menŃină în condiŃiile realizării schimburilor de substanŃă, energie şi informaŃie cu mediul intim extracelular (mediul intern al organismului), este necesar ca şi acesta din urmă să fie constant în plan fizico-chimic, deci să se bucure de homeostazie proprie. Cum şi mediul intern realizează schimburi cu cel extern, menŃinerea homeostaziei sale devine, la rândul ei, dependentă de constanŃa fizico-chimică a partenerului extern, deci, de menŃinerea unei „homeostazii” a ambientului. În fapt, homeostazia

191

mediului intern (extracelular) şi cea a mediului extern organismului sunt necesare nu ca scopuri în sine, ci ca modalităŃi de asigurare a homeostaziei propriu-zise din spaŃiul intracelular. La nivelul celor trei compartimente – exterior, interior şi intracelular – variaŃiile parametrilor fizico-chimici se petrec între limite valorice ce se restrâng progresiv în aceeaşi ordine, ceea ce denotă o creştere în acelaşi sens a eficienŃei mecanismelor integratoare. Aceste mecanisme sunt comune în esenŃa lor ultimă, dar diferite în formele de realizare. Numai sub acest ultim aspect suntem îndreptăŃiŃi să vorbim de niveluri de integrare diferite.

RelaŃiile organismului pluricelular cu mediul extern se desfăşoară în trei planuri: material (substanŃă), energetic şi informaŃional. Ca urmare, şi integrarea organismului în ambient vizează aceleaşi planuri, fără ca prin aceasta să se înŃeleagă că este vorba de etape diferite ce s-ar succeda într-o ordine anume. RelaŃiile între cele trei planuri sunt concomitente, iar prevalenŃa, în anumite momente, a unora sau altora dintre ele nu poate conduce la disjuncŃii. SubstanŃa ce pătrunde din exterior în mediul intern este purtătoare, în acelaşi timp, nu numai de energie potenŃială la nivelul legăturilor chimice, ci şi de informaŃie, prin variaŃiile ei calitativ-cantitative. RelaŃiile de schimb dintre mediul extern şi mediul intern nu au scop în sine, ci ele sunt aservite exclusiv schimburilor dintre mediul intern şi spaŃiul intracelular. În mediul extern există, însă, şi substanŃe care, deşi nu fac obiectul schimburilor celulare, prin natura lor chimică pot accede în mod ilicit la nivelul mediului intern şi de aici în spaŃiul intracelular, cu toate consecinŃele ce decurg din aceasta. Dacă faŃă de unele dintre acestea celula se poate apăra, faŃă de altele – aşa cum sunt substanŃele cu dublă solubilitate (în apă şi lipide) – ea este total vulnerabilă. Tocmai din acest motiv mecanismele ce integrează organismul în mediu au, în mare măsură, şi un rol preventiv, determinând reacŃii de evitare a unor asemenea impacte. Pentru situaŃiile în care reacŃiile de evitare nu au fost eficiente organismul în ansamblul său şi celulele dispun de mecanisme interne de neutralizare şi /sau de estompare a efectelor produse de asemenea impacte.

Deşi, după cum s-a demonstrat, integrarea este un proces unitar, mijloacele prin care se realizează şi se menŃine homeostazia în cele trei spaŃii sunt de complexitate diferită: biochimice şi biofizice în spaŃiul celular, – fiziologice – în spaŃiul extracelular (mediul intern) – şi comportamentale – în spaŃiul ambiental al organismului. Subliniem faptul că nu este vorba de categorii procesuale disjuncte, ci de niveluri crescânde de complexitate ale unor procesualităŃi unitare, în fond de grade diferite de structurare pornind de la componentele subcelulare şi ajungând până la sistemele de organe ce compun organismul. Deşi actul comportamental se realizează prin mijloace fiziologice, iar acestea prin mijloace biochimic-biofizice, valoarea intrinsecă a acestuia nu poate fi redusă la suma

192

însuşirilor lor. Întrucât valoarea întregului rezultă dintr-o asociere integrativă şi nu sumativă a valorilor parŃiale.

XII. 4.1. Integrarea neuroendocrină în plan material

NecesităŃile de substanŃă reclamate de celule şi anunŃate de senzori interni specializaŃi sunt resimŃite la nivelul scoarŃei sub forma senzaŃiilor – ca mesaje conştientizate discret – şi /sau a stărilor generale – ca mesaje conştientizate difuz. În baza mesajelor primite sistemul nervos declanşează, direct pe căi neuronale sau indirect pe căi hormonale, reacŃii de răspuns în plan comportamental menite să asigure satisfacerea necesităŃilor celulare. Astfel, reducerea concentraŃiilor de substanŃe organice în mediul intern, ca urmare a scăderii aportului alimentar, sau a consumului intern excesiv, determină apariŃia, într-o primă fază, a senzaŃiei de foame, apoi în faza următoare, a unei stări generale de disconfort (ameŃeli, leşin) determinată cu precădere de scăderea glicemiei. În cazul în care hrănirea (alimentaŃia la om) se face la intervale regulate senzaŃia de foame poate fi declanşată înainte de afectarea homeostaziei prin condiŃionare reflexă, excitantul fiind însuşi timpul. Găsim în aceasta încă o dovadă a rolului anticipativ al senzaŃiilor, sistemul nervos fiind astfel nu numai încunoştinŃat de afectarea homeostaziei, ci şi avertizat cu privire la iminenta producere a acesteia. Dacă homeostazia este afectată prin scăderea concentraŃiilor substanŃelor anorganice (în special a ionilor minerali), deşi aceasta poate fi datorată tot scăderii aportului alimentar, mesajele generate prin intermediul interoceptorilor nu determină apariŃia senzaŃiei de foame, ci direct o anumită stare generală de disconfort (în funcŃie de gradul reducerii concentraŃiei şi de calitatea ionului implicat).

SenzaŃia de foame, conştientizată discret şi starea de disconfort, conştientizată difuz, determină la nivelul centrilor neuroendocrini elaborarea unor comenzi complexe ce se adresează unui număr sporit de efectori somatici şi vegetativi, acŃiunile conjugate ale cărora se manifestă sub forma comportamentului alimentar. În esenŃa sa ultimă comporta-mentul alimentar este identic la toate speciile, el constând în acŃiuni de căutare (procurare) a hranei şi de hrănire propriu-zisă (alimentaŃie), ambele desfăşurându-se cu intensitate ce se reduce progresiv până la instalarea senzaŃiei de saŃietate. Dacă senzaŃia de foame a semnalizat apariŃia unei necesităŃi, senzaŃia de saŃietate va semnaliza satisfacerea acesteia. Privit din acest unghi, comportamentul alimentar îşi dezvăluie finalitatea doar în plan cantitativ, nu şi calitativ. Întrucât, însă, receptorii din zona reflexogenă sunt discriminativi şi nu globali, ei informează centrii neuroendocrini despre reducerea sau creşterea concentraŃiei fiecăreia dintre substanŃele organice sau anorganice, astfel încât comenzile date efectorilor vor purta şi o amprentă calitativă. Pe această bază comportamentul alimentar va consta

193

nu în căutarea hranei în general, ci a unui anumit fel de hrană, nu în hrănirea (alimentaŃia) fără discernământ, ci în hrănirea selectivă. Asemenea informaŃii stau la baza unor procese neuroendocrine prin care sunt determinate preferinŃele alimentare. Această latură calitativă a finalităŃii comportamentului alimentar poate fi privită şi ca o modalitate de cruŃare a ficatului, în primul rând, a tuturor celulelor, în al doilea rând. PreferinŃele alimentare resimŃite în mod obiectiv asigură restabilirea raporturilor optime dintre proteine, lipide şi glucide la nivelul mediului intern fără efortul hepatic de interconversie a lor. Dacă ambientul este sărac în oferte şi organismul nu are din ce selecta, atunci comportamentul alimentar se rezumă doar la latura cantitativă a finalităŃii sale, echilibrarea raporturilor dintre substanŃele organice rămânând în sarcina exclusivă a ficatului. Omul, informat asupra unor astfel de realităŃi, îşi dirijează comportamentul alimentar pe baze raŃionale, chiar dacă prin aceasta este obligat uneori să-şi învingă anumite înclinaŃii determinate mai mult subiectiv pe baze organoleptice.

XII. 4.2. Integrarea neuroendocrină în plan energetic

În toate acŃiunile fizice, ca şi în procesele psihice, toate Ńinând de raporturile sale cu mediul extern, organismul cheltuieşte energie metabolică stocată în ATP. Cum, însă, atât utilizarea, cât şi refacerea energiei din stocuri sunt procese ce se desfăşoară exclusiv la nivelul spaŃiului intracelular, ni se pare logic să subscriem ideii potrivit căreia variaŃiile energetice în acest plan nu necesită analizatori specializaŃi la nivelul mediului intern. Aceasta nu trebuie să conducă la concluzia că variaŃiile stocurilor energetice intracelulare nu au şi un ecou extracelular. Un consum sporit de ATP la nivelul celulelor duce la creşterea concentraŃiei ADP şi a PO4

3+ şi în mediul intern al organismului (extracelular). Încât, chiar dacă nu există asemenea analizatori interni, specializaŃi pentru sesizarea acestor produşi de degradare a ATP-ului, prezenŃa lor în lichidul interstiŃial nu poate rămâne fără consecinŃe, în primul rând la nivelul neuronilor corticali. Aceştia poartă pe membrana lor situsuri (receptori membranari) la care s-ar putea lega stereospecific adenozindifosfatul. Când efortul fizic şi /sau intelectual se prelungeşte în timp sau atinge o intensitate mare într-un interval scurt, concentraŃia ADP creşte peste o anumită valoare prag şi, ca urmare, situsurile specifice de pe membrana neuronală încep să fie ocupate progresiv de acesta. Legarea ADP-ului la membrana neuronilor corticali determină apariŃia stării de oboseală (uneori numită senzaŃie), constând într-o reducere a reactivităŃii lor faŃă de stimuli. Ca şi senzaŃiile, starea de oboseală semnalează afectarea homeostaziei organismului, în plan energetic în acest caz şi, implicit, necesitatea imperioasă a refacerii resurselor de ATP. Cum însă, reducerea valorii raportului ATP /ADP s-a

194

produs în acest caz ca urmare a faptului că viteza de utilizare a ATP-ului a depăşit viteza de refacere a lui şi nu ca o consecinŃă a epuizării materiale (substanŃe organice furnizoare de H), satisfacerea acestei necesităŃi nu va reclama aport de substanŃă organică din exterior, ci doar un interval de timp în care să aibă loc refacerea raportului ATP /ADP. În consecinŃă, sistemul neuroendocrin va iniŃia şi întreŃine un comportament adecvat acestui scop: odihna, inclusiv somnul. Ne grăbim să adăugăm că, deşi reducerea valorii raportului ATP /ADP este implicată în instalarea somnului, ea nu epuizează mecanismele acestuia. Prin intervalul de odihnă se acordă timpul necesar pentru ca celulele să îşi refacă ATP-ul, timp în care consumul lui este redus la minim.

Dacă reducerea raportului ATP /ADP în spaŃiul celular, reflectată şi în spaŃiul extracelular, poate avea loc în oricare zonă a organismului, determinând creşterea concentraŃiei ADP în tot mediul intern, apariŃia stării de oboseală este legată exclusiv de acŃiunea ADP –ului asupra neuronilor corticali, scoarŃa fiind singurul centru la nivelul căruia sunt conştientizate discret, respectiv difuz senzaŃiile şi stările generale ale organismului. Întrucât este puŃin probabilă trecerea ADP-ului prin bariera hemato-encefalică, din plasmă în lichidul cefalorahidian şi, chiar dacă aceasta s-ar produce, este greu de admis o difuzie rapidă a acestuia spre cortex, rămâne de considerat că starea de oboseală este determinată doar, sau în cea mai mare măsură de creşterea locală la nivelul interstiŃiului cortical a concentraŃiei de ADP, ca urmare a solicitării mai mari a neuronilor atât în timpul eforturilor fizice, cât şi intelectuale. Din aceste motive consumul sporit al ATP-ului în arii corticale mai restrânse sau mai extinse duce la creşterea aici a concentraŃiei ADP-ului şi la instalarea stării de oboseală zonală, respectiv generalizată. Astfel, dacă se execută ritmic mai multe tracŃiuni la un ergograf prin flectarea degetelor de la membrul superior, oboseala ce apare la un moment dat, manifestată prin scăderea amplitudinii contracŃiilor sau chiar prin oprirea lor, interesează doar zona corticală implicată, performanŃa contractilă a altor segmente corporale nefiind afectată. Dacă în realizarea efortului sunt implicate zone corticale mai largi, cu participarea mai multor lanŃuri musculare, atunci oboseala este generalizată. Că în ambele cazuri este vorba de oboseală corticală şi nu musculară o dovedeşte faptul că, în cazul de mai sus, prin aplicarea unor stimuli electrici direct pe nervul motor sau pe organul muscular, activitatea contractilă a flexorilor degetelor mai poate continua încă un timp destul de lung. Prin administrarea unor substanŃe (exemplu cofeina), capabile să împiedice legarea ADP-ului de situsurile de pe membranele neuronale, instalarea stării de oboseală poate fi amânată pentru un anumit interval de timp. Efectul unor astfel de substanŃe este dependent de specificul

195

metabolic individual, de particularităŃile neuronale şi de anumite circumstanŃe.

DisponibilităŃile energetice ale organismului, concretizate în stocurile celulare de compuşi macroergici (ATP şi CP) sunt afectate prin desfăşurarea oricăror procese fiziologice active, independent de implicarea acestora în integrarea pe plan intern sau în aceea pe plan extern. În condiŃii fiziologice de viaŃă consumurile energetice ale organismului în raporturile cu lumea exterioară sunt mult mai mari, chiar dacă ele sunt episodice, decât cele ce vizează întreŃinerea homeostaziei în plan intern. Tocmai din acest motiv integrarea în plan energetic a fost tratată doar din perspectiva raporturilor organismului cu mediul extern. În fapt, compuşii macroergici nu sunt supuşi unui consum propriu-zis, ci ei doar se desfac şi se refac permanent, ceea ce se consumă cu adevărat fiind acidul piruvic provenit din degradarea parŃială a substanŃelor organice. Rolul compuşilor macroergici este acela de acumulatori ai energiei chimice cuantificată la valori superioare. Procesele energetice pot fi imaginate sub forma unui lanŃ deschis de etape ce se succed mereu în aceeaşi ordine (fig. 68).

Capătul iniŃial al lanŃului constituie polul de intrare a substanŃelor nutritive (glucide, lipide, protide) în calitatea lor de furnizoare de hidrogen, trecând prin faza de acid piruvic. Arderea hidrogenului cu oxigenul respirator va pune în libertate energia chimică, cuantificată la valori inferioare, care va fi utilizată la refacerea ATP-ului şi astfel acumulată într-o cuantă de valoare superioară ce va putea fi eliberată la nevoie (ieşire) în contracŃie, sinteze şi transporturi transmembranare.

Fig. 68

LanŃul proceselor energetice la nivel celular; creşterea şi scăderea valorii raportului ATP / ADP.RESP – respiraŃie; e – cuantă microergică; E – cuantă macroergică

De aici se poate deduce că valoarea raportului ATP /ADP poate să

scadă atât prin creşterea utilizării (în ritmul refacerii sau mai rapid) produsului macroergic la ieşirea din lanŃ, sau prin reducerea aportului de

196

produşi microergici la intrare, cât şi prin ambele modalităŃi. Dintre acestea prima modalitate este dominantă la organismul aflat în condiŃii fiziologice normale, celelalte fiind prezente în situaŃii fiziologice nenormale (subnutriŃie, malnutriŃie, inaniŃie), respectiv în situaŃii patologice. În acest din urmă caz, creşterea utilizării ATP-ului este datorată angajării unui număr mare de mecanisme active prin care sistemul integrator încearcă să readucă entropia organismului la nivel optim, să refacă, deci, starea de sănătate întrucât, starea patologică nu este altceva decât expresia unui nivel crescut al entropiei.

XII. 4.3. Integrarea neuroendocrină în plan informaŃional

Adevărata existenŃă a organismului (euribioza), implicând relaŃii obligatorii cu lumea înconjurătoare, nu poate fi concepută în afara capacităŃii acestuia de a se orienta în raport cu circumstanŃele favorabile şi defavorabile şi de a selecta din mulŃimea de oferte material-energetice pe cele adecvate intereselor sale de moment. Însăşi existenŃa analizatorilor exteroceptivi este determinată de o asemenea necesitate, iar coexistenŃa segmentelor terminale ale acestora la nivelul aceluiaşi centru (neocortexul cerebral), la care au acces şi informaŃiile stocate în memorie, nu reprezintă decât expresia nevoii de prelucrare a tuturor mesajelor utile la un moment dat. Prin permanenta raportare a informaŃiilor actuale la cele stocate într-o experienŃă anterioară sistemul nervos dobândeşte şi capacitatea de anticipare încât, orice acŃiune întreprinsă cu participarea scoarŃei cerebrale nu se circumscrie exclusiv prezentului, ci şi trecutului şi viitorului mai mult sau mai puŃin îndepărtat.

Extinderea temporală în ambele sensuri faŃă de prezent dă conŃinut stării conştiente. Ca urmare, conştienŃa este o stare graduală al cărei nivel este determinat atât de cantitatea şi calitatea informaŃiilor receptate actual şi a celor stocate, cât şi, mai cu seamă, de calitatea şi rapiditatea prelucrării lor din care rezultă calitatea şi distanŃa în timp a anticipării. Rolul informaŃiilor stocate în timp este esenŃial. Când un stimul extern acŃionează asupra unui câmp receptor organismul răspunde în mod specific acestuia. Ca urmare, în memorie vor fi stocate informaŃii nu numai cu privire la stimulul declanşator de acŃiune, ci şi cu privire la acŃiunea însăşi, indiferent dacă aceasta a fost sau nu adecvată (corectă).

Ulterior, orice informaŃie externă receptată la momentul prezent va declanşa la nivel cortical, pe lângă procesele specifice producătoare de senzaŃii şi stări generale, şi un proces de „căutare” în stocul preexistent (memorie) atât a unor informaŃii corespondente cu stimulul actual, cât şi al unora privitoare la răspunsul dat în trecut unui stimul identic sau similar (fig. 69).

197

Fig. 69 AcŃiunile şi comportamentele actuale se bazează pe experienŃă şi sunt proiective.

S – stimul actual; R – receptor; E – efector; 1-4 – ordinea desfăşurării proceselor în timp.

Dacă o asemenea corespondenŃă este găsită în stoc, informaŃia

actuală va fi considerată ca re-cunoscută şi ea va fi supusă unei prelucrări de complexitate sporită, împreună cu elementele informaŃionale aparŃinând experienŃei anterioare de acelaşi tip. În aceste condiŃii, comportamentul declanşat ca răspuns la acŃiunea unui stimul actual va avea un grad sporit de adecvare şi un cost energetic redus, include, pe lângă determinări actuale şi predeterminări izvorâte dintr-o experienŃă similară. Dacă, însă, stocul informaŃional este mai sărac şi, din acest motiv, stimulului actual nu i se găsesc elemente corespondente la nivelul lui, atunci sistemul integrator „solicită” culegerea unor informaŃii suplimentare cu privire la detaliile acestuia. Dacă nici lor nu li se găseşte în memorie o corespondenŃă directă sau apropiată, atunci se solicită informaŃii cu privire la circumstanŃele în care a apărut şi acŃionează stimulul actual sau, dacă şi acestea au aceeaşi soartă, atunci sistemul trece în „aşteptarea” unei noi schimbări, a unui nou stimul ce poate fi corelat în timp şi spaŃiu cu cel dintâi. Această fază se concretizează în adoptarea de către organism a unei atitudini (comportament) ce trădează nu numai o stare de maximă concentrare a atenŃiei, ci şi de alertă generală, de pregătire pentru întreprinderea oricărei acŃiuni posibile (descărcările de catecolamine măresc atât excitabilitatea neuromusculară, cât şi glicemia). Costul energetic foarte ridicat în această fază nu conduce însă la o îmbunătăŃire a calităŃii comportamentului de răspuns la stimuli, în cazul în care răspunsul va fi declanşat, ci dimpotrivă.

198

Aceasta din cel puŃin două motive. În primul rând, pentru că acŃiunea de răspuns va avea doar o determinare actuală nu şi o pre-determinare, în memorie nefiind găsite corespondenŃele necesare şi, în al doilea rând, pentru că maxima concentrare a atenŃiei duce la generarea pe scoarŃă a unui puternic focar de excitaŃie care induce în jur o stare de inhibiŃie.

ConsecinŃele determinate de „căutarea” febrilă în memorie a unor corespondenŃe şi de aşteptare a unor stimuli noi ce ar putea să apară, generează o stare de insecuritate, de disconfort general prin incertitudine. Starea de insecuritate anunŃă, în fapt, afectarea homeostaziei organismului în plan informaŃional, precaritatea în conŃinut a depozitului de engrame, şi – deci – apariŃia unei necesităŃi specifice: necesitatea de îmbogăŃire a stocului informaŃional (experienŃei). Comportamentele reflexe de investigare a ambianŃei, de aşa-numita „foame” de stimuli observate la animale, precum şi de curiozitate la om, nu reprezintă decât modalităŃi prin care o astfel de necesitate poate fi satisfăcută. Dacă apariŃia necesităŃii genera starea de insecuritate, de nelinişte, satisfacerea ei va fi anunŃată prin apariŃia stării de siguranŃă, de linişte. Cum însă lumea exterioară este din ce în ce mai dinamică şi fiin Ńa umană însăşi într-o permanentă transformare bio-psiho-socio-culturală, starea de siguranŃă este pasageră, ea caracterizând intervale de timp tot mai scurte, astfel încât, satisfacerea plenară şi de durată a acestei necesităŃi rămâne mai mult un deziderat în zilele noastre.

ÎmbogăŃirea stocului informaŃional nu trebuie înŃeleasă ca un proces cantitativ, ca o simplă adăugare de informaŃii noi peste cele vechi. Ea este, mai cu seamă, un proces calitativ întrucât orice nouă achiziŃie presupune o anume selecŃie realizată în etape succesive şi la niveluri diferite ale sistemului nervos. Pe de altă parte, conŃinutul stocului informaŃional se restructurează cu fiecare nouă achiziŃie, dobândind noi valenŃe în planul integrării. Deşi este determinată genetic şi, în interiorul acestor limite, ea este educabilă, dinamica restructurării stocului informaŃional scade sensibil cu vârsta. Ca orice regulă, însă şi aceasta îşi are excepŃiile ei.

199

XIII. SFERELE INTEGRĂRII FIIN łEI UMANE

Cele patru dimensiuni ale fiinŃei umane – biologică, psihologică,

socială şi culturală – se dezvoltă în ontogenie în baza tot atâtor determinări omonime. În fapt, dezvoltarea lor progresivă are loc prin procese unitare de integrare a fiinŃei umane în sferele vieŃuirii (biologică), reflectării raŃional-afective (psihologică), coexistenŃei pe bază de norme (socială) şi a valorizării prin creaŃie (culturală). Deşi comune tuturor fiinŃelor umane, cele patru dimensiuni cunosc o dezvoltare cu accentuate diferenŃieri individuale, cauzele fiind de natură atât genetică, cât şi educaŃională.

Determinările genetice, reprezentând doar potenŃialităŃi pentru devenirea fiinŃei umane, sunt puse în valoare în cadrul procesului de instruire şi educare (învăŃare). Cu toate că învăŃarea poate fi considerată, din perspectivă fiziologică, drept un rezultat al integrării în planuri multiple – integrare bazată pe mecanisme de tip reflex –, din perspectiva generală a fiinŃei umane ea nu poate fi redusă la simpla sumă a rezultatelor integrării în cele patru sfere ale existenŃei şi devenirii. AchiziŃia şi stocarea informaŃiilor nu sunt decât premise ale învăŃării, procesul în sine constând în prelucrarea specifică la nivel cortical – nivel condiŃionat atât de activitatea centrilor subiacenŃi, cât şi de aceea a subsistemului endocrin – a informaŃiilor provenind din cele trei segmente temporale: prezent – cele receptate actual –, trecut – cele stocate în memorie – şi viitor – cele anticipate ( prevăzute). În conescinŃa unei astfel de prelucrări sunt elaborate comenzi ce se concretizează nu numai în acte comportamentale reci, ci şi în efecte de natură psiho-afectivă. Acestea din urmă, la rândul lor, nu sunt o simplă „coloratură” a comportamentelor, ci componentele lor intrin-seci. Ele constituie, pe de o parte, modalităŃi hedonice de evaluare a acŃiunii, pe lângă cele pur praxiologice şi, pe de altă parte, mijloace interioare de întreŃinere şi dezvoltare a motivaŃiilor, pe lângă cele exterioare. Încât, orice acŃiune întreprinsă în scop integrator (de reducere a entropiei sistemului) în sferele biologică, socială sau culturală deŃine şi o componentă psihologică-afectivă. În fapt, însăşi

200

dezvoltarea dimensiunii psihologice a fiinŃei umane este, în mare măsură, o consecinŃă a desfăşurării raporturilor dintre dimensiunea sa biologică (de origine internă), ce îşi revendică dreptul la satisfacerea necesităŃilor sale specifice de vieŃuire şi dimensiunile socială şi culturală (de origine externă), ce îşi impun normele prin care se asigură satisfacerea necesităŃilor coexistenŃei şi valorizării prin creaŃie.

Integrarea fiinŃei umane în oricare dintre cele patru sfere ale existenŃei şi devenirii se realizează în baza aceluiaşi principiu cibernetic – actul de tip reflex – şi urmăreşte aceeaşi finalitate – optimul entropic –, chiar dacă modalităŃile şi mijloacele concrete sunt diferite. Homeostazia ca stare generală ce exprimă nivelul optim al entropiei poate fi afectată pe numeroase căi aparŃinând uneia sau alteia dintre cele patru sfere. Independent de calea afectării şi de sfera din care provine, creşterea entropiei este sesizată la nivel cortical (cu participarea centrilor subiacenŃi şi a subsistemului endocrin) sub forma unor senzaŃii specifice sau a unor stări mai mult sau mai puŃin generalizate, fiecare anunŃând, în fapt, apariŃia unei anumite necesităŃi într-una dintre cele patru sfere. Satisfacerea necesităŃii apărute, prin care nivelul entropiei este readus la valoarea optimă, se instituie ca motivaŃie ultimă a actelor comportamentale declanşate şi întreŃinute prin mecanisme neuroendocrine. Odată cu satisfacerea necesităŃii entropia este readusă la valoarea ei optimă şi aceasta este sesizată, tot la nivel cortical, sub forma altor senzaŃii şi stări, opuse ca semnificaŃii celor dintâi. Starea de disconfort, de o anume nelinişte resimŃită la apariŃia necesităŃii nu reprezintă decât expresia în plan psihic a creşterii entropiei, aşa cum starea de confort, de o anume împăcare resimŃită în timpul şi după satisfacerea necesităŃii este expresia în acelaşi plan a revenirii entropiei la nivel optim. Încât, integrarea fiinŃei umane în oricare dintre cele patru sfere, realizată nemijlocit prin mecanisme neuroendocrine, este nu numai reflectată sub forma trăirii sentimentelor de insatisfacŃie şi satisfacŃie, de nelinişte şi împăcare, ci şi controlată, dirijată şi modulată de planul psihic tocmai în raport cu aceste trăiri. Cum însă trăirile sunt puternic individualizate, integrarea fiin Ńei umane în cele patru sfere ale existenŃei şi devenirii dobândeşte un pronunŃat caracter subiectiv şi aceasta nu numai în ceea ce priveşte modul de realizare, ci şi, între anumite limite, în privinŃa realizării în sine a integrării (excesul, amânarea, abstinenŃa). De aici şi marea variabilitate individuală şi de grup în această direcŃie.

Dezvoltarea dimensiunii psihologice a fiinŃei umane, deşi este un proces unitar şi fluent, poate fi împărŃită în trei etape în funcŃie de

201

prevalenŃa uneia sau alteia dintre determinările sale. Într-o primă etapă ea se datorează exclusiv raporturilor dintre cerinŃele biologice (ale Sinelui dat genetic) şi normele socio-culturale. Întrucât normele au un pronunŃat caracter restrictiv faŃă de cerinŃe, aceste raporturi au o pregnantă tentă conflictuală generatoare, în plan psihic, a sentimentului de frustrare. Valoarea forŃei cu care se revendică satisfacerea cerinŃelor biologice fiind o particularitate individuală determinată genetic, intensitatea sentimentului de frustrare la impactul cu norma socio-culturală va fi direct proporŃională cu aceasta. Într-o asemenea etapă norma este respectată numai întrucât ea este impusă. În etapa a doua, dezvoltarea dimensiunii psihologice, deja apărută, are loc preponderent în baza raporturilor specifice dintre cerinŃele acesteia (ale Eului constituit) şi normele socio-culturale care, pe măsură ce îşi dezvăluie bogăŃia de semnificaŃii şi caracterul raŃional, sunt integrate progresiv acestei dimensiuni, ele devenind elemente constitutive proprii şi operaŃionale pentru individ. În această etapă norma este respectată numai întrucât îşi dovedeşte raŃional utilitatea (necesitatea). Respectarea normei devine astfel din impusă, liber consimŃită şi intensitatea sentimentului de frustrare se estompează. În fine, în a treia etapă, dezvoltarea în continuare a dimensiunii psihologice devine o dezvoltare exclusiv intrinsecă, lăuntrică, deci, o autodezvoltare în baza raporturilor interne specifice dintre cerinŃe în general (biologice, psihologice, sociale şi culturale) şi normele socio-culturale interiori-zate şi, astfel, transformate în „bunuri” proprii (constituirea Supraeului). În această etapă respectarea normei devine o chestiune nu numai liber, ci şi cu bucurie consimŃită, întrucât norma acŃionează acum din interior, unde ea a fost integrată în structurile specifice ale nivelului psihologic. FiinŃa umană devine astfel fiinŃă morală. Respectarea normei devine o problemă de necesitate interioară deoare-ce numai astfel se asigură, pe acest plan, valorizarea Eului în ochii proprii şi ai celorlalŃi. Din aceleaşi motive, respectarea normei, care în prima etapă genera un vădit sentiment de frustrare, va genera acum un sentiment de împlinire.

Dezvoltarea dimensiunii psihologice prin traversarea celor trei etape şi împlinirea integrală a conŃinutului fiecăreia reprezintă cazul cel mai fericit, aproape de idealul fiinŃei umane. În realitate, indivizii umani se situează la distanŃe diferite de acesta, întrucât dezvoltarea dimensiunii psihologice este în mai mare măsură dependentă de calitatea normelor şi de modul în care ele sunt aplicate, decât de forŃa cu care se revendică cerinŃele; în mai mare măsură, dar nu exclusiv.

202

Tocmai din acest motiv subliniam mai sus că nu este posibilă o corelare a fiecărei etape de dezvoltare a Eului cu anumite etape de vârstă biologică. Există indivizi maturi, chiar vârstnici care au rămas doar la nivelul de dezvoltare specific primei sau, cel mult, celei de-a doua etape, după cum există indivizi tineri, chiar adolescenŃi care, în precocitatea lor ce s-a întâlnit în mod fericit cu un cadru socio-cultural adecvat, au reuşit să străbată toate cele trei etape, rămânând ca, în continuare, ei nu numai să le împlinească integral conŃinutul, ci şi să-l îmbogăŃească (premise ale genialităŃii).

Dacă dezvoltarea dimensiunii psihologice este un proces complex ce se desfăşoară postnatal, geneza acesteia are loc încă în viaŃa intrauterină, la un moment în care sistemul nervos atinge un anumit nivel de structurare (nu numai de alcătuire!). Geneza în perioada intrauterină se datorează, cel mai probabil, unor forme simple de trăire a stărilor de confort şi disconfort cu origine în planul biologic, al cărui nivel entropic poate fi situat la o valoare optimă sau uşor crescută. Nu poate fi exclusă în această etapă nici contribuŃia unor senzaŃii (proprioceptive, labirintice, tactile şi, posibil, gustative), chiar dacă acestea sunt mai puŃin discrete decât cele din perioada postnatală. Este posibil, de asemenea, ca unele elemente constitutive ale acestor trăiri să fie stocate ca atare în memorie, ele formând primul sistem de referinŃă la care vor fi raportate apoi primele informaŃii externe din timpul parturiŃiei şi imediat după aceasta. Ca urmare, se poate spune că fiinŃa umană nu vine pe lume doar cu o singură dimensiune, cea pur biologică. Mai mult chiar, la naştere scoarŃa cerebrală are preformate anumite arhetipuri de gândire ca primordii pentru dezvoltarea ulterioară în această direcŃie. Unor astfel de realităŃi este greu să le stabilim determinările şi mecanismele de apariŃie. Oricum, aceste arhetipuri trebuie considerate exclusiv ca potenŃialităŃi şi nu ca forme ale unei „eredităŃi” sociale şi culturale cu un conŃinut de norme concrete. Ar fi însă greşit să considerăm că fiinŃa umană vine pe lume ca entitate biologică desăvârşită şi că dezvoltarea ei ulterioară ar interesa doar celelalte trei dimensiuni date prin naştere ca potenŃialităŃi. În fapt, fiinŃa umană deŃine la naştere toate cele patru dimensiuni în formele lor incipiente, de start pentru dezvoltarea lor ulterioară. Că aceste forme, concretizate în premise materiale (de alcătuire) şi relaŃionale (de structură), sunt în mai mare sau mai mică măsură constituite la naştere, aceasta nu schimbă esenŃa problemei întrucât toate au încă un drum lung de străbătut până la desăvârşire. În plan pur biologic unele funcŃii, cum sunt respiraŃia şi digestia, încep

203

abia imediat după actul parturiŃiei, în timp ce o alta – funcŃia de reproducere – devine actuală mult mai târziu. Însăşi funcŃia de integrare în sfera biologică este precară în plan intern şi aproape exclusiv potenŃială în plan extern (totala neajutorare a noului născut).

Faptul că fiinŃa umană vine cu cele patru dimensiuni doar în formele lor incipiente şi potenŃiale şi, din acest motiv, inoperante la parametrii valorici specifici, constituie, desigur, un mare dezavantaj. Nu de puŃine ori se afirmă, cu real temei, că fiinŃa umană este la naştere cea mai neajutorată şi, din acest motiv, considerată, fără temei real, ca involuată în acest stadiu comparativ cu speciile de animale superior organizate. În realitate, acest dezavantaj nu este altceva pentru fiinŃa umană decât tributul plătit pentru propria sa superioritate.

RaŃiunea specific umană, dezvoltată, prin mecanisme încă necunoscute, din inteligenŃa proprie şi animalelor superioare, a transformat lumea înconjurătoare dintr-un ambient limitat într-un univers nemărginit. Cât este ea – raŃiunea – un rezultat al reflectării acestui univers şi cât este ea un dat pentru reflectarea acestuia, reprezintă o chestiune ce nu trebuie gândită unilateral şi în sincronism, ci contextual şi în diacronism, devenirea lumii însăşi fiind rezultatul unei evoluŃii teleonomice. Universul existenŃial al fiinŃei umane este nu numai nemărginit în spaŃiu, ci şi infinit variabil în conŃinut, el aflându-se dintotdeauna, dar mai cu seamă după apariŃia omului într-o permanentă transformare. În aceste condiŃii, integrarea raŃională a fiin Ńei umane devine un proces nu numai cu o complexitate maximă, ci şi cu o dinamică accentuată. Încât, realizarea ei exclusiv în mod nemijlocit, doar în baza experienŃei proprii nu ar fi posibilă, aceasta însemnând, în fapt, o retrăire directă la nivel individual a istoriei, cu un maxim consum de timp şi cu un minim câştig de progres. De aceea, în dezvoltarea postnatală a fiinŃei umane se impune cu necesitate parcurgerea unei prime etape în care ponderea majoră să o deŃină integrarea mijlocită de experienŃa generaŃiilor anterioare, experienŃă concentrată într-o asociere integrativă de reguli, norme şi legi ce trebuie însuşite (şi respectate). Încât, integrarea mijlocită se bazează pe învăŃarea prin educaŃie şi instruire, spre deosebire de integrarea nemijlocită care are la bază învăŃarea prin experienŃă proprie. Cu cât universul existenŃial este mai complex şi mai dinamic, cu atât etapa integrării mijlocite va fi mai lungă şi mai bogată în conŃinut. Astfel, „copilăria prelungită” a omului dobândeşte justificarea necesară. Desigur, complexificarea crescândă a universului existenŃial impune, la un moment dat, o prelungire a etapei de integrare mijlocită până la

204

limita dincolo de care ea s-ar transforma într-un dezavantaj atât în plan individual, cât şi social. Un astfel de impas nu poate fi depăşit decât prin modificarea calitativă a conŃinutului ei şi prin adoptarea unei alte tehnologii a însuşirii acestuia (reformarea procesului de învăŃare). Copilăria prelungită a fiinŃei umane, ca tribut plătit pentru propria sa superioritate, aduce şi un imens avantaj. Anume acela că, venind pe lume cu cele patru dimensiuni doar în stadiile lor incipiente, fiinŃa umană şi le va putea dezvolta în această etapă nu numai concomitent şi unitar, ci şi în deplină concordanŃă cu un univers existenŃial în mişcare: cel care a fost – prin integrare mijlocită şi retroactivă –, cel care este – prin integrare nemijlocită – şi cel care va fi – prin integrare anticipativă bazată pe imaginare proiectivă. Încât fiinŃa umană ca entitate constituită trebuie considerată ca fiind un „produs” ce închide în el determinări bio-psiho-socio-culturale cu extensie temporală atât dincoace, cât şi dincolo de timpul trăit.

În conformitate cu mecanismul unic – actul reflex –, integrarea fiin Ńei umane reprezintă o procesualitate informaŃională interactivă desfăşurată la nivelul unor ansambluri organale unitare, alcătuite şi structurate pe un principiu comun – acela al reflectării. Un asemenea ansamblu unitar prezintă o intrare, la nivelul căreia pătrund informaŃiile actuale din mediul extern sau intern, un centru, la nivelul căruia există şi se dezvoltă un stoc informaŃional de referinŃă, constituit prin învăŃare mijlocită (educaŃie şi instruire) şi nemijlocită (experienŃă proprie) şi unde au loc prelucrarea informaŃiilor şi elaborarea comenzilor şi o ieşire, la nivelul căreia comenzile sunt materializate în reacŃii de răspuns şi acte comportamentale. În acelaşi timp, stocul informaŃional de referinŃă poate constitui şi în sine o sursă de comenzi, fără participarea informaŃiilor actuale, elaborarea lor având, în acest caz, o motivaŃie interioară cu originea în acelaşi stoc întrucât permanenta restructurare a informaŃiilor depozitate în memorie generează efecte cu caracter nu numai retroactiv, ci şi anticipativ (proiectiv). Încât, prin prelucrarea raŃional-afectivă a informaŃiilor din stoc se poate ajunge la structuri sui-generis fără un corespondent direct în realitatea trecută, trăită mijlocit sau nemijlocit. Acest proces dă conŃinut ideatic celor ce va să vină, realităŃii dorite, adică imaginaŃiei. Forma concretă în care acest conŃinut se exprimă diferă de la un individ la altul funcŃie, în primul rând, de determinările genetice şi, în al doilea rând, de cele formative. Exprimările în forme concrete sau mediat-concrete, ori cele în forme abstracte sau mediat-abstracte sunt apanajul spiritului narativ din domeniile artei, ştiinŃei şi

205

filosofiei, respectiv al spiritului creator din aceleaşi domenii. Desigur, între spiritul pur narativ şi cel pur creator există o arie largă în care extremele se amestecă în proporŃii diferite, în interiorul acesteia fiind cuprinşi cei mai mulŃi dintre indivizii umani. Este vorba aici nu de o distribuŃie trimodală, ci de una unimodală.

Având dimensiunea biologică deja constituită pentru un nivel optim de existenŃă şi pe celelalte trei în formele incipiente, individul uman vine, prin naştere, într-o lume în care cele patru sfere – biologică, psihologică, socială şi culturală – sunt reconstituite şi cu un anume nivel de dezvoltare condiŃionată istoric. Integrarea în această lume, ce stă la baza dezvoltării postnatale şi care se bazează pe principiul reflectării, va duce la dezvoltarea celor patru dimensiuni ale fiin Ńei umane individuale, astfel încât aceasta devine un produs al lumii căreia îi aparŃine, un produs ale cărui dimensiuni poartă amprenta gradului de complexitate – determinat istoric – al sferelor lumii în care a avut loc integrarea. Însă, integrarea nu este un simplu proces de reflectare actuală, ci unul doar bazat pe principiul reflectării. Constituirea şi dezvoltarea depozitului de informaŃii conferă fiinŃei umane posibilitatea integrării în prezentul trăit prin permanenta raportare la trecut şi prin permanenta anticipare a viitorului. Imaginea viitorului astfel construită poate revela fiinŃei umane nu numai aspecte concordante cu lumea reală, ci şi aspecte discordante cu aceasta. Pe lângă faptul că această discordanŃă devine o sursă de nemulŃumiri interioare, ea se instituie şi ca o sursă de motivaŃii pentru unele atitudini critice, precum şi ale unor acŃiuni de corectare a lumii, de transformare a ei în sensul unei mai mari apropieri de specificul uman. În acest mod fiinŃa umană se dovedeşte a fi nu numai un produs al lumii în care trăieşte, ci şi un creator al ei. La rândul ei, lumea schimbată influenŃează dezvoltarea fiinŃei prin integrarea în noile circumstanŃe, acest dinamism accentuându-se progresiv. Totul este ca viteza cu care se schimbă lumea să nu depăşească viteza cu care se pot realiza procesele integratoare, adaptative ale fiinŃei umane, altfel, preŃul plătit de aceasta, mai cu seamă la nivelul dimensiunii sale psihologice, se dovedeşte prea mare în comparaŃie cu avantajele dobândite prin schimbarea lumii. MenŃinerea echilibrului în această direcŃie nu se poate realiza pe baza bunului simŃ, ci numai pe baza raŃiunii. Schimbând lumea, prin îmbogăŃirea sferelor ce o compun, fiin Ńa umană se schimbă, în fapt, pe sine şi, prin aceasta, ea devine produsul propriei sale creaŃii. Cum, însă, schimbarea lumii este rodul raŃiunii, fiin Ńa umană se dovedeşte a fi produsul complex rezultat din

206

îmbinarea a două valori majore: aceea a istoriei lumii în care s-a format şi aceea a gândirii proiective prin care s-a transformat. Întrucât însăşi istoria lumii este rodul gândirii predecesorilor, fiinŃa umană poate fi considerată ca un produs raŃional al Naturii. Doar din această perspectivă şi în acest mod se poate afirma că omul nu reprezintă altceva decât acea parte a Naturii prin care aceasta devine conştientă şi responsabilă de propria sa existenŃă.

207

BIBLIOGRAFIE SELECTIV Ă J. E. Birren, K. W. Schaie (eds), Handbook of the Psychology of

Aging, 3rd edition San Diego, Ca: Academic Press, 1990. R. H. Carpenter, Neurophysiology, Arnold, London, 1984. D. Emslie-Smith, C. Paterson, T. Scratcherd, N. Read, Textbook

of Physiology, Eleventh edition, Churchill Livingstone, Edinburgh, London, Melbourne, New York, 1988.

A. C. Gayton, Physiologie de l’homme, HRWLTE, Montreal, Toronto, 1974.

E. R. Kandel, J. H. Schwartz, Principles of Neural Science, 2nd edition Elsevier, New York, 1985.

J. Laycock, P. Wise, Esential Endocrinology, 2nd edition Univ. Press, Oxford, 1983.

D. Ottoson, Physiology of the Nervous System, Macmillan, London, 1983.

B. B. Wolman (ed.), Handbook of General Psychology, Englewood Cliffs, N.J., Prentice-Hall, 1973.

208

ABREVIERI ÎN TEXT A – anion organic (în special substanŃe proteice) ADP – adenozin-di-fosfat (rezultat prin ruperea unei legături

fosfat-macroergice din ATP) AMPc – adenozin monofosfatul ciclic (rezultat prin rupere a

două legături fosfat-macroergice din ATP şi ciclizare. Are rol de mesager intracelular de ordin secund)

ATP – adenozin-tri-fosfat (compus macroergic de stocare a energiei chimice obŃinută din oxidarea hidrogenului)

ATP-ază – adenozin-tri-fosfatază (enzimă ce catalizează reacŃia de descompunere a ATP în scopul eliberării unei cuante mari de energie necesară proceselor active: contracŃie, sinteze, transport activ etc.)

CP – creatin-fosfat (compus macroergic din desfacerea căruia rezultă energia chimică necesară refacerii rapide a ATP)

DNA – acid dezoxiribonucleic (suport al informaŃiei genetice stocat în nucleul celulei)

GABA – acid gama-amino-butiric (neurotransmiŃător inhibitor) GMPc – guanozin-monofosfatul ciclic (rezultat prin ruperea a

două legături fosfat-macroergice din GTP şi ciclizare. Are rol de mesager intracelular de ordin secund)

GTP – guanozin-trifosfat (compus macroergic de stocare a energiei chimice)

P – ionul fosfat (Po43+)

PA – potenŃial de acŃiune (variaŃie rapidă a potenŃialului electric al membranei produsă sub acŃiunea stimulului)

PR – potenŃial electric de repaus al membranei RNAm – acid ribonucleic mesager (transportă mesajul genetic de

la nucleu la ribozomi) VIP – Vasoactive Intestinal Polypeptid (hormon cu acŃiune

digestivă produs de intestin)