Fiziologie Animala Generala - Suport de Curs

FIZIOLOGIE ANIMALĂ GENERALĂ-suport de curs-

1

-2010-

2

CUPRINS

COMPOZIŢIA CHIMICĂ A ORGANISMULUI.................................................41.1. INTRODUCERE.....................................................................................................................41.2. APA CORPORALĂ...............................................................................................................4

1.2.1. Lichidele intra- şi extracelulare................................................................................41.2.2. Difuziunea.......................................................................................................................41.2.3. Osmoza...........................................................................................................................51.2.4. Tonicitatea......................................................................................................................51.2.5. Filtrarea...........................................................................................................................5

1.3. GLUCIDELE...........................................................................................................................61.4. LIPIDELE................................................................................................................................61.5. AMINOACIZII ŞI PROTEINELE..........................................................................................8

1.5.1. Aminoacizii esenţiali....................................................................................................81.6. NUCLEOSIDELE, NUCLEOTIDELE ŞI ACIZII NUCLEICI............................................8

1.6.1. Nucleosidele..................................................................................................................81.6.2. Nucleotidele...................................................................................................................81.6.3. Coenzime nucleotidice................................................................................................81.6.4. Acizii nucleici................................................................................................................9

POTENŢIALUL DE MEMBRANĂ. MEMBRANE EXCITABILE....................102.1. POTENŢIALUL DE REPAUS............................................................................................10

2.1.1. Măsurarea potenţialului de membrană.................................................................102.1.2. Originea potenţialului de repaus............................................................................11

2.2. POTENŢIALUL DE ACŢIUNE...........................................................................................122.2.1. Potenţialul de acţiune sub formă de platou........................................................13

TRANSMITEREA SINAPTICĂ......................................................................153.1. ANATOMIA FUNCŢIOANLĂ A SINAPSEI CHIMICE NEURO-NEURONALE........153.2. SINAPSELE INHIBITOARE DIN SNC.............................................................................163.3. INACTIVAREA MEDIATORULUI CHIMIC......................................................................173.4. NATURA MEDIATORILOR CHIMICI...............................................................................183.5. SINAPSELE ELECTRICE..................................................................................................213.6. UNELE CARACTERISTICI ALE TRANSMITERII SINAPTICE..................................213.7. SINAPSA NEUROMUSCULARĂ.....................................................................................22

3.7.1. Secreţia şi acţiunea acetilcolinei...........................................................................223.7.2. Potenţialul local de placă terminală......................................................................233.7.3. Excitarea fibrelor musculare netede.....................................................................24

FIZIOLOGIA MUŞCHILOR............................................................................254.1. FIZIOLOGIA MUŞCHILOR STRIAŢI SCHELETICI......................................................25

4.1.1. Structura fină a muşchilor striaţi...........................................................................254.1.2. Iniţierea contracţiei musculare: cuplarea electro-mecanică..........................274.1.3. Sursa energetică a contracţiilor musculare........................................................28

4.2. PARTICULARITĂŢILE FUNCŢONALE ALE MUŞCHILOR NETEZI.........................294.2.1. Bazele fiziologice ale contracţiei musculaturii netede.....................................30

SISTEMUL NERVOS SENZORIAL...............................................................325.1. PROPRIETĂŢILE GENERALE ALE RECEPTORILOR...............................................32

5.1.1. Codificarea calităţii stimulilor.................................................................................325.1.2. Codificarea intensităţii excitanţilor.......................................................................325.1.3. Codificarea distribuţiei spaţiale a stimulilor.......................................................335.1.4. Codificarea desfăşurării temporare a stimulilor................................................33

3

5.2. FUNCTIA SOMESTEZICĂ A SISTEMULUI NERVOS.................................................335.2.1. Sensibilitatea tactilă..................................................................................................335.2.2. Simţul poziţiei..............................................................................................................345.2.3. Căile sensibilităţii somatice mecanoreceptive...................................................345.2.4. Scoarţa somestezică.................................................................................................365.2.5. Sensibilitatea termică................................................................................................365.2.6. Sensibilitatea dureroasă...........................................................................................37

5.2.6.1. Receptorii dureroşi (nociceptorii)..................................................................375.2.6.2. Căile de conducere şi segmentul central.....................................................38

5.2.7. Sensibilitatea auditivă...............................................................................................395.2.7.1. Anatomia funcţională a cohleei.......................................................................40

5.2.8. Organe de simţ pentru echilibru............................................................................425.2.9. Analizatorul optic.......................................................................................................45

5.2.9.1. Mecanismul acomodării ochiului....................................................................455.2.9.2. Funcţia receptoare a retinei.............................................................................465.2.9.3. Proiecţia retinei în SNC.....................................................................................49

5.2.10. Sensibilitatea gustativă..........................................................................................495.2.11. Sensibilitatea olfactivă...........................................................................................51

FUNCŢIILE DE NUTRIŢIE.............................................................................536.1. FIZIOLOGIA DIGESTIEI....................................................................................................53

6.1.1. Funcţia secretorie a tubului digestiv....................................................................536.1.1.1. Secreţia salivară..................................................................................................536.1.1.2. Secreţia esofagului.............................................................................................546.1.1.3 Secreţia stomacului.............................................................................................546.1.1.4. Secreţia pancreatică...........................................................................................556.1.1.5. Secreţia biliară.....................................................................................................576.1.1.6. Secreţia intestinului subţire.............................................................................586.1.1.7. Secreţiile intestinului gros...............................................................................58

6.2. FIZIOLOGIA RESPIREŢIEI...............................................................................................596.2.1. Etapa pulmonară........................................................................................................59

6.2.1.1. Mecanica respiraţiei...........................................................................................596.2.1.2. Extensibilitatea plămânilor şi a toracelui (complianţa)............................596.2.1.3. Volume, capacităţi şi debite respiratorii.......................................................606.2.1.4. Ventilaţia alveolară.............................................................................................60

6.2.2. Etapa sanguină...........................................................................................................606.2.3. Etapa tisulară...............................................................................................................616.2.4. Reglarea respiraţiei.................................................................................................61

6.2.4.1. Controlul nervos si umoral al respiraţiei.....................................................626.2.4.2. Reglarea comportamentală si voluntară a respiraţiei...............................62

6.3. FIZIOLOGIA CIRCULAŢIEI...............................................................................................636.3.1. Proprietăţile funcţionale ale miocardului.............................................................636.3.2. Ciclul cardiac (revoluţia cardiacă).........................................................................636.3.3. Zgomotele cardiace..................................................................................................646.3.4. Debitul şi travaliul cardiac.......................................................................................646.3.5. Fiziologia circulaţiei...................................................................................................64

6.3.5.1. Circulaţia în artere..............................................................................................646.3.5.2. Circulaţia capilară........................................................................................656.3.5.3. Circulaţia venoasă.........................................................................................65

6.3.6. Reglarea activităţii cardiovasculare......................................................................666.3.6.1. Mecanisme intrinseci de autoreglare............................................................666.3.6.2. Mecanisme extrinseci........................................................................................66

BIBLIOGRAFIE..............................................................................................67

4

CAPITOLUL 1

COMPOZIŢIA CHIMICĂ A ORGANISMULUI

1.1. INTRODUCERE

În compoziţia chimică a organismului animal predomină 4 elemente esenţiale: oxigen, carbon, hidrogen şi azot. Acestea se găsesc combinate în diferite moduri, rezultând o mare varietate de compuşi chimici. Aproximativ 70% din compoziţia chimică a organismului este reprezentată de apă, restul de 30% fiind reprezentat de substanţe organice şi anorganice.

Principalele substanţe organice sunt carbohidraţii, lipidele, proteinele şi acizii nucleici, formate din molecule aparţinând următoarelor clase de compuşi organici: glucide, acizi graşi, aminoacizi şi nucleotide.

Dintre substanţele anorganice, cele mai reprezentative sunt elementele: calciul, fierul, magneziul, fosforul, potasiul şi sodiul. În tabelul 1 este indicată compoziţia chimică a organismului animal.

Tabel 1. Compoziţia chimică a organismului animalSubstanţe Procente

Oxigen 65Carbon 18

Hidrogen 10Azot 3,4

Substanţe minerale 3,6Na+ 0,17K+ 0,28Cl- 0,16

Mg2+ 0,05Ca2+ 1,5

P 1,2S 0,25

Fe2+/3+ 0,007Zn2+ 0,002

1.2. APA CORPORALĂ

Apa este principalul constituent al organismului animal şi este esenţială pentru viaţă. Este principalul solvent al celulelor vii. Substanţele care se dizolvă în apă se numesc polare sau hidrofile (sodiu, clor, glucoza, etanol etc.) iar cele insolubile sunt denumite non-polare sau hidrofobe (lipide, colesterol etc.). Unele molecule de interes biologic au proprietăţi mixte, având o parte hidrofilă şi alta hidrofobă. Ele sunt cunoscute sub denumirea de substanţe amfifilice.

1.2.1. Lichidele intra- şi extracelulare

Apa corporală poate fi împărţită în două categorii: apa extracelulară şi apa intracelulară. Lichidele extracelulare din cavităţile seroase (ventriculele din creier, cavitatea peritoneală

şi capsulele articulare, globul ocular) sunt cunoscute sub denumirea de lichide transcelulare. În continuare ele pot fi subdivizate în două categorii: plasmă şi lichidul interstiţial.

Lichidul intracelular este separat de cel extracelular prin membrana plasmatică a celulelor.

1.2.2. Difuziunea

În momentul în care o substanţă (solubilă) se dizolvă într-un solvent, rezultând o soluţie, moleculele substanţei solubile se dispersează în solvent, având o mişcare browniană. Acest proces este cunoscut sub denumirea de difuziune.

5

Rata de difuziune într-un solvent este dependentă de temperatură (este mai mare la temperaturi ridicate), de proprietăţile moleculelor, de magnitudinea gradientului de concentraţie şi de suprafaţa de difuziune. Aceste particularităţi sunt incluse într-o constantă fizică cunoscută sub denumirea de coeficient de difuziune.

1.2.3. Osmoza

Osmoza este difuzia unui solvent (de obicei apa) printr-o membrană semipermeabilă, dintr-o soluţie cu concentraţie mică de soluţie (potenţial mare al apei) într-o soluţie cu concentraţie mare de soluţie (potenţial mic al apei), până la un anumit gradient de concentraţie al soluţiei. Este un proces fizic în care un solvent se deplasează, fără a primi energie, printr-o membrană semipermeabilă (permeabilă la solvent, dar nu şi la soluţie) separându-se în două soluţii de concentraţii diferite.

Presiunea osmotică este definită ca presiunea necesară pentru a menţine echilibrul, fără o mişcare a solventului. Presiunea osmotică a unei soluţii cu o compoziţie molară cunoscută (M) poate fi calculată conform ecuaţiei:

unde R este constanta universală a gazelor (8,31 J/K/mol) şi T este temperatura absolută (310K la temperatura corporală normală).

Presiunea osmotică este dependentă de numărul de particule prezente în soluţie şi independentă de natura chimică a acestora.

Osmoza este importantă în sistemele biologice unde multe membrane biologice sunt semipermeabile. În general, aceste membrane sunt impermeabile la soluţii organice cu molecule mari, precum, polizaharidele, în timp ce sunt permeabile la apă şi soluţii cu molecule de volum mic, neîncărcate. Permeabilitatea poate depinde de proprietăţile solubilităţii, sarcină, sau dimensiunile moleculare ale soluţiei. Moleculele de apă trec prin pereţii celulei de plasmă, tonoplast (vacuolă) sau protoplast în două modalităţi, sau direct prin difuziune prin stratul dublu fosfolipid, sau prin aquapori (mici proteine transmembrană similare cu cele din difuzia facilitată şi de la crearea canalelor de ioni). Osmoza oferă principala modalitate prin care apa este transportată în şi din celule.

1.2.4. Tonicitatea

Tonicitatea unei soluţii se referă la influenţa osmolalităţii sale (moli per kg de apă) asupra volumului celulelor. De exemplu, prin introducerea eritrocitelor într-o soluţie salină de 0,9% nu se observă variaţii de volum ale acestora. Spunem că soluţia este izotonică, având o osmolalitate de 310 mOsmol/kg. La o osmolalitate a soluţiei saline de 260 mOsmol/kg, datorită permeabilităţii selective a membranei eritrocitelor, se creează un flux endosmotic, ce favorizează pătrunderea apei în eritrocite, creşterea lor în volum, urmată de procesul de hemoliză. În acest caz soluţia este hipotonică. În cazul soluţiilor hipertonice (osmolalitatea de 360 mOsmol/kg) apa va ieşi din eritrocite, producându-se ratatinarea eritrocitelor.

1.2.5. Filtrarea

Filtrarea este procesul de trecere a lichidelor printr-o membrană permeabilă, pe care are loc reţinerea prin fenomene predominant fizice a unor particule cu diametrul mai mare decât porii membranari. Filtrarea este dependentă de gradientul de presiune dintre cele două feţe ale membranei.

Ultrafiltrarea este un proces dirijat de forţe fizice prin care se produce separarea unor molecule mari (proteine) de unele mai mici (glucoza, Na+, K+, Cl- etc.).

Endoteliul capilarelor nu este permeabil pentru proteine (albumină), fiind permeabil pentru molecule mici. Astfel, prin contracţia inimii se creează un gradient de presiune de-a lungul pereţilor capilarelor, prin care se forţează trecerea lichidelor din capilare în spaţiul interstiţial. Acest proces are loc în toate zonele vasculare, în special la nivelul capilarelor glomerulare unde filtrează zilnic volume însemnate de plasmă.

6

1.3. GLUCIDELE

Glucidele reprezintă principala sursă de energie a reacţiilor celulare. Ele au formula generală Cn(H2O)m, câteva exemple fiind indicate în Fig. 1. Glucidele care conţin 3 atomi de carbon sunt cunoscute drept trioze (gliceraldehida), cele cu 5 atomi de carbon sunt pentoze (riboza), iar cele care conţin 6 atomi de carbon sunt hexoze (fructoza şi glucoza).

Fig. 1. Structura carbohidraţilor

Prin combinarea a două monozaharide urmată de eliminarea unei molecule de apă se formează dizaharidele. Prin combinarea fructozei cu glucoza se formează sucroza, iar prin combinarea glucozei cu galactoza se formează lactoza, principalul glucid din lapte. Prin polimerizarea monozaharidelor se formează polizaharidele (amidon, glicogen).

Deşi glucidele reprezintă sursa majoră de energie a celulelor, ele reprezintă constituenţii unor alte molecule. Astfel, acizii nucleici (ADN şi ARN) conţin pentoze (deoxiriboza şi riboza). Riboza este una din componentele nucleotidelor purinice, jucând un rol central în metabolismul celular. Unele hexoze au o grupare amino în locul unei grupări hidroxil (hexoamine). Hexoaminele intră în structura glicoproteinelor (constituenţi ai oaselor şi ţesuturilor conective) sau a glicolipidelor (constituenţi ai membranelor).

1.4. LIPIDELE

Lipidele reprezintă o grupă de substanţe insolubile în apă dar solubile în solvenţi organici, precum eterul şi cloroformul. Ele îndeplinesc următoarele funcţii:

sunt elementele structurale principale ale membranei celulare rezervă energetică molecule semnal (hormoni steroidici şi prostaglandine) strat izolator

Trigliceridele sau triacilglicerolii sunt formate din 3 acizi graşi legaţi de glicerol prin legături esterice (Fig. 2.).

7

Fig. 2. Structura chimică a acizilor graşi, gliceridelor şi a steroizilor

Digliceridele au 2 acizi graşi cuplaţi cu glicerolul în timp ce monogliceridele doar unul. Acizii graşi au formula generală CH3(CH2)nCOOH. Ca exemple: acidul acetic (2 atomi de carbon), acidul butiric (4 atomi de carbon), acidul palmitic (16 atomi de carbon) şi acidul stearic (18 atomi de carbon). În general, trigliceridele conţin acizi graşi cu mulţi atomi de carbon (acidul linoleic - 18 atomi de carbon cu două legături duble şi acidul arahidonic - 20 atomi de carbon cu patru legături duble). Deşi la mamifere şi la om nu se sintetizează aceşti acizi graşi nesaturaţi, ei joacă un rol important în metabolismul celular. Ei sunt cunoscuţi sub denumirea de acizi graşi esenţiali.

Lipidele structurale sunt componentele principale ale membranelor celulare. Din categoria lor fac parte: fosfolipidele, glicolipidele şi colesterolul. Structura lor este prezentată în Fig. 3.

Fosfolipidele sunt de două categorii: cele care au la bază glicerolul şi cele c are au la bază sfingozina. Glicerofosfolipidele se găsesc în membranele plasmatice şi sunt clasificate pe baza grupărilor polare ataşate la fosfat. Din categoria lor fac parte: fosfatidilcolina, fosfatidilserina, fosfatidiletanolamina şi fosfatidilinozitolul.

Glicolipidele sunt formate din sfingizină care se cuplează cu un acid gras şi formează ceramida. Există două clase de glicolipide: cerebrozidele în care ceramida este cuplată cu un monozaharid (galactoza) şi gangliozidele în care ceramida este cuplată cu un oligozaharid.

Fig. 3. Structura unor lipide structurale

8

1.5. AMINOACIZII ŞI PROTEINELE

Proteinele îndeplinesc o mare varietate de funcţii în organism: catalizează reacţiile chimice (enzime) sunt implicate în transportul moleculelor şi ionilor în organism sunt responsabile de transportul moleculelor şi ionilor la nivelul membranelor formează citoscheletul (tubulina) formează ţesuturile conective intervin în funcţia de apărare a organismului (imunoglobulinele) acţionează ca molecule semnal (insulina)

Unităţile structurale de bază ale proteinelor sunt α-aminoacizii. Proteinele sunt formate din 20 de aminoacizi diferiţi, care sunt grupaţi în următoarele clase:

aminoacizii monoamino-dicarboxilici (acid aspartic şi acid glutamic) aminoacizii diamino-monocarboxilici (arginina, lizina) aminoacizi aromatici (fenilalanina, tirozina) tioaminoacizi (cisteină, metionină)

Aminoacizii se pot combina între ei prin legături peptidice. Peptidele cu un număr mare de aminoacizi se numesc polipeptide.

1.5.1. Aminoacizii esenţiali

Cei 20 de aminoacizi naturali constituie alfabetul proteinelor. Distribuţia lor calitativă şi cantitativă într-o proteină determină caracteristicile chimice, valoarea ei nutritivă şi funcţiile ei metabolice în organism. Dintre cei 20 de aminoacizi uzuali,organismul uman şi al vertebratelor superioare poate sintetiza un număr limitat, restul trebuie să fie furnizaţi zilnic prin hrană şi se numesc aminoacizi esenţiali. Cei mai mulţi autori, consideră drept aminoacizi esenţiali următorii: valina, fenilalanina, metionina, lisina, triptofanul, iar alţi autori includ şi leucina, izoleucina, treonina şi histidina.

1.6. NUCLEOSIDELE, NUCLEOTIDELE ŞI ACIZII NUCLEICI

Informaţia genetică a organismului este depozitată în acidul deoxiribonucleic (ADN). ADN este format din nucleotide. Acidul ribonucleic (ARN) are o structură primară similară. Fiecare nucleotidă cuprinde o bază cuplată cu o pentoză, care în schimb este legată cu o grupare fosfat (Fig. 4). Bazele acizilor nucleici sunt citozina, timina şi uracilul (baze pirimidinice) şi adenina şi guanina (baze purinice). Alte baze sunt nicotinamida şi dimetilizoaloxazina, cu rol important în metabolismul celular.

1.6.1. Nucleosidele

Rezultă prin combinarea unei baze cu o pentoză. Astfel, prin combinarea adeninei cu riboza rezultă adenozina; timidina rezultă prin combinarea timinei cu riboza.

1.6.2. Nucleotidele

O nucleotidă rezultă prin combinarea unei nucleoside cu una sau mai multe grupări fosfat. Astfel, prin combinarea adenozinei cu o grupare fosfat se formează adenozin monofosfatul (AMP), uridina va forma uridin monofosfatul etc. Nucleotidele sunt elemnetele structurale de bază ale acizilor nucleici.

1.6.3. Coenzime nucleotidice

Nucleotidele se pot combina între ele sau cu alte molecule rezultând coenzime. Adenozin monofosfatul (AMP) se poate cupla cu o grupare fosfat formându-se adenozin difosfatul (ADP) sau cu două grupări fosfat rezultând adenozin trifosfatul (ATP). În mod similar, guanozina poate forma

9

guonozin mono-, di- şi trifosfatul, iar uridina poate forma uridin mono-, di- şi trifosfatul. ATP joacă un rol important în metabolismul energetic al celulelor.

Gruparea fosfat a nucleotidelor este legată la poziţia 5’ a pentozei şi are două sarcini negative. Se poate lega cu hidroxilul în poziţia 3’ rezultând 3’, 5’ adenozin monofosfatul ciclic (AMPc), cu rol de mesager intracelular.

Fig. 4. Componentele structurale ale nucleotidelor şi acizilor nucleici

1.6.4. Acizii nucleici

În natură există două tipuri majore de acizi nucleici: ADN şi ARN. În structura ADN întâlnim deoxiriboza şi bazele adenina, guanina, citozina şi timina (A, G, C şi T), iar în structura ARN întâlnim riboza şi bazele adenina, guanina, citozina şi uracilul (A, G, C şi U).

Întrebări de controlCare sunt principalii constituenţi ai organismului? Ce rol au proteinele şi acizii nucleici?

10

CAPITOLUL 2

POTENŢIALUL DE MEMBRANĂ. MEMBRANE EXCITABILE

Între interiorul celulei şi lichidul extracelular există o diferenţă de potenţial numită potenţial de membrană. Funcţiile majorităţii celulelor pot fi controlate prin variaţiile acestui potenţial. Modificările potenţialului de membrană pot fi considerate ca unităţi de informaţie, care ajută organismul în coordonarea activităţilor exercitate de grupuri celulare. De exemplu, informaţiile generate de acţiunea factorilor de mediu ajung într-un centru nervos unde sunt prelucrate şi vor fi folosite de organism în vederea adaptării la mediu. La baza tuturor funcţiilor se află potenţialul de repaus al membranei şi modificările acestui potenţial, care sunt transmise prin celule. În continuare vom prezenta modul de generare al potenţialului de membrană şi condiţiile care guvernează modificările sale.

2.1. POTENŢIALUL DE REPAUS

2.1.1. Măsurarea potenţialului de membrană

Diferenţa de potenţial dintre interiorul unei celule şi lichidul interstiţial – potenţialul de membrană – poate fi măsurată prin racordarea unui pol al instrumentului de măsurat cu interiorul unei celule, iar celălalt pol cu spaţiul extracelular. Aparatul de măsură este legat de preparatul de testat prin intermediul electrozilor (Fig. 5). Se utilizează microelectrozi (capilare) de sticlă, având vârful foarte fin (de aproximativ 1μm), umpluţi cu un electrolit (KCl).

Fig. 5. A- modul de plasare al electrozilor în vederea măsurării potenţialului extracelular sau intracelular; B-potenţialul de membrană înainte şi după pătrunderea electrodului în celulă

Dacă ambii electrozi sunt plasaţi în spaţiul extracelular (Fig. 5, A), nu se înregistrează diferenţe de potenţial. Potenţialul spaţiului extracelular este considerat a fi zero (Fig. 5, B). Primul tip de fenomen electric poate fi observat de îndată ce microelectrodul străbate membrana celulară. În momentul respectiv se înregistrează o cădere bruscă de potenţial în direcţie negativă până la circa -75 mV (Fig.5, B). Deoarece diferenţa de potenţial apare numai în momentul străpungerii membranei, potenţialul se numeşte potenţial de membrană.

La majoritatea celulelor potenţialul de membrană rămâne constant un timp îndelungat, cu condiţia ca asupra celulei să nu se exercite influenţe externe. Când celula se află în această stare, potenţialul de membrană se numeşte potenţial de repaus. În celulele musculare sau în neuroni, potenţialul de repaus este totdeauna negativ şi are o amplitudine constantă. În fibrele musculare mari şi fibrele nervoase groase valoarea lui este de circa -90 mV. În fibrele nervoase şi musculare mai subţiri, cum sunt cele ale musculaturii netede şi ale majorităţii neuronilor sistemului nervos central (SNC), potenţialul de repaus are valori cuprinse între -40-60 mV.

11

2.1.2. Originea potenţialului de repaus

Înainte de a explica originea potenţialului de repaus, trebuie precizate următoarele:1) Membrana nervului prezintă o pompă Na+-K+, reprezentată de ATP-ază Na+-K+

dependentă, Na+ fiind pompat spre exterior, iar K+ spre interior, deci împotriva gradientului de concentraţie. Pompa este electrogenă, deoarece pentru fiecare moleculă de ATP hidrolizat se pompează spre exterior 3Na+, iar spre interior 2K+ (Fig. 6). Prin intervenţia pompei de Na+-K+ se realizează transmembranar gradientul de concentraţie al Na+ şi K+, sodiul extracelular fiind de circa 10 ori mai concentrat decât intracelular (142 mEq/l / 14 mEq/l), potasiul intracelular fiind de circa 35 ori mai concentrat decât extracelular (4 mEq/l / 140 mEq/l) (Fig. 7).

Fig. 6. Caracteristicile funcţionale ale pompei Na+-K+ şi ale canalelor e „curgere” a K+-Na+ (după Guyton, 2006)

Fig. 7. Stabilirea potenţialului de repaus în trei condiţii separate: A-contribuţia adusă numai de difuzia potasiului; B-contribuţia adusă de difuzia potasiului şi a sodiului; C- contribuţia difuziei sodiului şi a

potasiului şi transportul activ prin pompa de Na+-K+ (după Guyton, 2006)

2) Membrana este prevăzută cu proteine transportoare prin care ionii de Na+ şi K+ se pot scurge conform gradientului de concentraţie. Canalele prin aceste proteine se numesc canale de pierdere (curgere) a potasiului-sodiului, în special a potasiului, pentru care canalul este de circa 100 ori mai permeabil. Canalele de pierdere permit difuzia pasivă a cationilor conform sensului gradientului de concentraţie.

3) În interiorul fibrei nervoase se găseşte un număr mare de anioni reprezentaţi în special prin proteine şi compuşi fosfaţi şi sulfaţi organici, care nu pot difuza prin canalele membranare.

12

Deoarece nu pot părăsi interiorul axonului, orice deficit de sarcini pozitive din interiorul membranei produce un exces de ioni negativi. Din această cauză ionii negativi impermeabili sunt responsabili de încărcarea negativă a interiorului fibrelor.

Potenţialul membranar de repaus poate fi considerat ca reprezentând suma potenţialelor de echilibru pentru principalii ioni aflaţi în mediul extra- şi intracelular, în funcţie de permeabilitatea membranei pentru fiecare tip de ion.

Potenţialul de echilibru al unui ion (E) reprezintă diferenţa de potenţial realizată prin repartiţia la echilibru a unui ion pe cele două feţe ale membranei, potenţial ce poate fi calculat cu ajutorul ecuaţiei Nernst. Pentru ionii de K+, potenţialul de echilibru este egal cu:

EK x zF=

EK=(RT/zF) x ln

în care EK (mV) reprezintă potenţialul de echilibru pentru ionul de K+, R este o constantă gazoasă, T este temperatura absolută (exprimată în grade pe scara Kelvin), z este valenţa ionului (1), F este constanta Faraday, [K0] este concentraţia ionului de K+ la interior şi [K1] este concentraţia ionului de K+ la exterior. Deoarece este mult mai simplu să se efectueze calcule utilizând logaritmii zecimali şi să se realizeze experimentele la temperatura camerei, această ecuaţie se poate simplifica astfel:

EK=

Deoarece K+ poate difuza uşor prin membrana celulei, rezultă, conform, ecuaţiei Nernst, că valoarea potenţialului de repaus este dată în întregime de diferenţa concentraţiilor ionilor de K+ pe cele două feţe ale membranei. Potenţialul de membrană de repaus calculat teoretic pe baza ecuaţiei Nernst dă o valoare de -94 mV. Această cifră este apropiată de valoarea medie de circa -90 mV, care se înregistrează experimental. Deci, potenţialul de repaus poate fi considerat ca un potenţial de difuzie al K+. Diferenţa dintre valoarea potenţialului de difuzie al K+ (-94 mV) şi cea obţinută experimental (-90 mV) se datorează, pe de o parte, influxului redus de Na+ prin canalele de pierdere sodiu-potasiu, care ridică potenţialul la -86 mV (deci cu +8 mV), iar pe de altă parte, intervenţiei pompei electrogene Na+-K+, care contribuie cu circa -4 mV, valoarea rezultată în final ajungând la -90 mV.

Deci, prin asimetria ionică indusă de faptul că pompa transportă la exterior 3 Na+ şi la interior 2K+, ea aduce o contribuţie relativ minoră la generarea potenţialului de membrană. Majoritatea potenţialului se datorează difuziei ionilor conform gradienţilor de concentraţie a Na+ şi a K+, menţinute prin Na+ - K+ ATP-ază, combinată cu permeabilitatea mare a plasmalemei pentru K+, comparativ cu Na+ sau anioni.

2.2. POTENŢIALUL DE ACŢIUNE

Potenţialul de membrană îşi păstrează valoarea constantă de -90 mV atâta timp cât membrana fibrei nervoase nu este deranjată. Orice factor care modifică permeabilitatea membranei pentru unii ioni produce o secvenţă de modificări rapide în potenţialul de membrană, determinând apariţia potenţialului de acţiune, care durează câteva fracţiuni de secundă, după care revine la valoarea de repaus.

Potenţialele de acţiune apar la nivelul membranei celulelor nervoase şi musculare, la nivelul receptorilor şi al celulelor secretoare, precum şi la protozoare. Ele îndeplinesc două funcţii majore: 1) transmit rapid informaţia pe distanţe mari în fibrele nervoase şi musculare şi 2) controlează răspunsurile efectorilor ca, de exemplu, contracţia musculară sau secreţia neurotransmiţătorilor şi a hormonilor.

În figura 8 sunt indicaţi termenii diferitelor faze ale potenţialului de acţiune. Potenţialul de acţiune începe printr-o modificare pozitivă foarte rapidă, denumită faza ascendentă („upstroke”), care durează în fibrele musculare şi nervoase ale homeotermelor circa 0,2-0,5 ms. În faza ascendentă

13

Fig. 8. Termenii fazelor potenţialului de acţiune

celula pierde sarcinile negative de repaus, sau polarizarea ei, din care cauză se numeşte faza de depolarizare. La majoritatea celulelor faza de depolarizare se continuă dincolo de zero, spre potenţialul pozitiv. Porţiunea pozitivă a potenţialului de acţiune se numeşte „overshoot” sau potenţial inversat. Diferenţa de potenţial între valoarea de repaus şi vârful potenţialului se numeşte spike potential (potenţialul de vârf). Odată cu atingerea vârfului potenţialului, potenţialul de acţiune revine spre potenţialul de repaus. Acest proces se numeşte repolarizare, deoarece are loc refacerea polarităţii normale a membranei. Spre sfârşitul potenţialului de acţiune apar postpotenţialele (iniţial negativ şi apoi postpotenţialul pozitiv).

Potenţialul de acţiune apare numai în momentul când potenţialul de repaus creşte în măsură suficientă, aptă să declanşeze reacţiile în lanţ, care duc la apariţia potenţialului de acţiune. De regulă, este necesară o creştere bruscă a potenţialului cu 15-30 mV. De exemplu, în fibrele nervoase groase este necesară o creştere a potenţialului de la –90mV la -65 mV. Acest nivel de -65mV se numeşte prag de excitare. După atingerea pragului, potenţialul de acţiune se dezvoltă sub o formă explozivă, fiind independent de intensitatea stimulului care l-a declanşat. Pentru un stimul dat, axonul răspunde printr-un potenţial de acţiune maximal, sau nu răspunde deloc, de un mod de comportare supus legii „totul sau nimic”. Potenţialul de acţiune al unui axon nu are întotdeauna aceeaşi amplitudine, deoarece rezervele energetice ale axonului pot fi influenţate de numeroşi factori. Totuşi, pentru o anumită stare dată, axonul va reacţiona la un stimul prag printr-un răspuns maxim.

Deci, potenţialul de acţiune poate fi definit ca o succesiune stereotipă a depolarizării şi repolarizării membranei, care are loc ori de câte ori membrana este depolarizată dincolo de potenţialul de prag.

2.2.1. Potenţialul de acţiune sub formă de platou

Acest tip de potenţial de acţiune se observă la muşchiul cardiac, unde platoul durează 0,2-0,3s. Durata mare a platoului este determinată de diferiţi factori. În primul rând, în fibra miocardului depolarizarea este determinată de două tipuri de canale: 1) canale obişnuite de Na+ voltaj-dependente, numite canale rapide şi 2) canale de Ca2+-Na+ voltaj-dependente, care se activează lent şi de aceea sunt numite canale lente. Activarea canalelor rapide determină apariţia vârfului potenţialului, în timp ce activarea lentă şi prelungită a canalelor de Ca2+-Na+ permite pătrunderea Ca2+ în fibra nervoasă, ceea ce determină menţinerea platoului.

Un alt factor responsabil de apariţia platoului este reprezentat de faptul că activarea canalelor de K+ voltaj-dependente nu are loc decât spre sfârşitul platoului, ceea ce întârzie instalarea repolarizării (Fig. 9).

14

Fig. 9. Potenţialul de acţiune sub formă de platou în fibra miocardică (după Guyton, 2006)

Întrebări de controlCare este originea potenţialului de repaus? Care este modalitatea de răspuns a ţesuturilor

excitabile la acţiunea unui stimul? Care sunt fazele potenţialului de acţiune? Care sunt schimburile ionice specifice fiecărei faze a potenţialului de acţiune?

15

CAPITOLUL 3

TRANSMITEREA SINAPTICĂ

Informaţia este transmisă la nivelul SNC printr-o înlănţuire de neuroni. În timpul transmiterii impulsurilor prin SNC, ele pot fi: 1) blocate; 2) transformate din impuls unic în impulsuri repetate (salve de impulsuri) sau 3) integrate cu impulsurile provenite de la alţi neuroni, determinând în neuronii succesivi un model complicat de impulsuri. Toate aceste funcţii pot fi clasificate ca funcţii sinaptice. Sinapsele pot fi chimice sau electrice.

3.1. ANATOMIA FUNCŢIOANLĂ A SINAPSEI CHIMICE NEURO-NEURONALE

Sinapsa neuro-neuronală reprezintă zona unde are loc transmiterea informaţiei de la un neuron la altul. La acest nivel cei doi neuroni intră în contiguitate, axonul unuia din ei (neuronul presinaptic) terminându-se pe corpul celulei, dendritele sau axonul celuilalt neuron (neuronul postsinaptic) prin nişte butoni sinaptici. În funcţie de zona neuronului postsinaptic cu care se realizează contactul, sinapsele pot fi axo-dendritice, axo-somatice sau axo-axonice. Au fost descrise şi sinapse dendrodendritice, dendrosomatice, somatodendritice, somatosomatice. Neuronii diferă prin forma şi mărimea corpului celular, dimensiunile şi numărul dendritelor, dimensiunea axonului, numărul terminaţiilor presinaptice la nivelul unui singur neuron, care pot oscila între 100 şi câteva mii, din care circa 80-90% sunt localizate pe dendrite iar restul pe soma sau axon. Toate aceste diferenţe fac ca neuronii din diverse zone ale SNC să reacţioneze la impulsurile aferente într-un mod diferit şi să efectueze funcţii diferite. Forma sinapselor chimice este foarte diferită. Sub aspect funcţional, toate tipurile de sinapse chimice prezintă următoarele părţi comune (Fig. 10): înainte de joncţiune axonul axonul dobândeşte o formă de buton (buton sinaptic). Butonul sinaptic conţine două structuri caracteristice, având rol în transmiterea impulsului: vezicule sinaptice şi mitocondrii. Veziculele conţin mediatorul chimic excitator sau inhibitor. Mitocondriile generează ATP-ul necesar resintezei mediatorului, care trebuie refăcut foarte rapid, deoarece cantitatea de mediator depozitată în vezicule poate fi consumată în câteva secunde sau minute, în funcţie de activitatea sinaptică. Sinteza mediatorului (neurotransmiţătorului) are loc atât la nivelul somei neuronale, cât şi la nivelul terminaţiei butonate.

Fig. 10. Anatomia funcţională a sinapsei (după Vander, 2001)

Referitor la stocarea mediatorului chimic, se considera că veziculele sinaptice ar reprezenta locul unic al stocurilor presinaptice. Cercetările recente pe sinapsa gigantă din organul electric al unor peşti au dus la identificarea unor stocuri citoplasmatice de mediator. În acest sens se descrie un compartiment stabil (de „depozit”), care cuprinde mediatorul de rezervă ce se eliberează mai

16

târziu în cursul stimulării. Al doilea compartiment ar fi reprezentat de compartimentul labil, conţinând mediatorul imediat disponibil în momentul stimulării (Fig. 22).

Fig. 22. Reprezentarea schematică a etapelor transmiterii sinaptice

Între membrana pre- şi postsinaptică există un spaţiu sinaptic (fanta sinaptică) de 200-300 Å, în care au fost puse în evidenţă nişte filamente ce asigură adezivitatea regiunii presinaptice şi ar reprezenta un sistem de ghidaje pentru moleculele de mediator care îl traversează.

Regiunea postsinaptică prezintă o porţiune diferenţiată a membranei şi citoplasmei periferice a elementului postsinaptic. Membrana postsinaptică este mai densă electronooptic şi conţine structuri receptoare caracteristice mediatorului.

Eliberarea mediatorului. Când potenţialul de acţiune ajunge la nivelul butonului terminal, depolarizarea butonului determină golirea unui număr de vezicule în spaţiul sinaptic. Mediatorul eliberat, acţionând asupra receptorului de pe membrana postsinaptică, induce la acest nivel modificări de permeabilitate caracteristice receptorului dat.

Rolul ionilor de calciu în eliberarea mediatorului. Depolarizarea membranei butonului terminal determină, în afara pătrunderii Na+, şi un influx masiv de Ca2+. Ionii de Ca2+ din mediul extracelular pătrund în oarecare măsură prin canalele de Na+ voltaj-dependente, deschise de potenţialul de acţiune. Majoritatea calciului pătrunde prin canalele specifice de Ca2+ voltaj-dependente, care se deschid cu o oarecare latenţă. Ionii de calciu pătrunşi în butonul terminal se combină cu calmodulina, un receptor intracelular de calciu, care determină combinarea veziculelor sinaptice din vecinătatea membranei presinaptice, fuziunea membranelor urmată de golirea conţinutului în spaţiu sinaptic prin exocitoză. După golirea conţinutului vezicular prin exocitoză, membrana veziculelor va fi încorporată în structura membranei presinaptice, din care ulterior se vor forma noi vezicule, care se încarcă cu mediator.

3.2. SINAPSELE INHIBITOARE DIN SNC

Importanţa proceselor inhibitoare pentru funcţionarea normală a SNC, poate fi ilustrată prin următorul experiment: dacă se injectează unui animal câteva mg de stricnină, substanţă ce blochează sinapsele inhibitoare, lăsând aproape nealterate sinapsele excitatoare, se instalează în câteva minute o convulsie puternică ce duce, în final, la moartea animalului.

Pot exista două tipuri diferite de inhibiţii sinaptice: inhibiţie postsinaptică şi inhibiţie presinaptică.

Inhibiţia postsinaptică. Inhibiţia postsinaptică rezultă în urma secreţiei unui mediator inhibitor (GABA, glicocolul, etc). Terminaţiile presinaptice inhibitoare provin de la unii neuroni ai formaţiei reticulate, unii neuroni intercalari medulari, celulele Renshaw, etc. Mediatorul inhibitor determină creşterea permeabilităţii pentru ioni de K+ şi Cl-. Ca urmare, datorită efluxului de K+ şi în special a influxului de CI-, se instalează hiperpolarizarea membranei, ceea ce face ca potenţialul de repaus să scadă de la -65 mV la -70 mV, deci cu 5 mV mai negativ comparativ cu starea de

17

repaus. Acest potenţial de -5 mV se numeşte potenţial postsinaptic inhibitor (PPSI). El persistă, ca şi PPSE, timp de 15-20 ms.

Inhibiţia presinaptică. La acest tip de inhibiţie nu apar modificări ale permeabilităţii membranei postsinaptice, ci ea apare ca urmare a diminuării secreţiei de mediator de către terminaţia presinaptică a sinapsei excitatorii. Inhibiţia presinaptică apare prin activarea sinapselor axoaxonice.

În figura 11 se observă cum axonul B formează o sinapsă axosomatică cu neuronul C, iar axonul A formează o sinapsă axoaxonică cu axonul B. După modul aranjării veziculelor sinaptice şi a grosimii membranei postsinaptice, axonul B poate fi considerat ca presinaptic pentru neuronul C, iar axonul A ca presinaptic axonului B. Excitarea terminaţiei sinaptice B declanşează în neuronul C un PPSE de circa 10 mV. Deci, sinapsa axosomatică este o sinapsă excitatoare. Dacă înainte de a excita axonul B se excită axonul A, amplitudinea PPSE este de numai 5 mV, deci nu apare un PPSI ci unul excitator dar subliminal. Această formă de inhibiţie se numeşte presinaptică. Comparativ cu inhibiţia postsinaptică, cea presinaptică se instalează mai greu şi durează un timp de ordinul minutelor sau orelor.

A fost stabilit că activarea sinapsei axoaxonice diminuează cantitatea de neuromediator eliberat de sinapsa axosomatică. Se pare că activarea sinapsei inhibitorii determină depolarizarea parţială a axonului B, care va reduce amplitudinea potenţialului de acţiune ce ajunge la nivelul butonului terminal al axonului B. Aceasta va determina pătrunderea unei cantităţi insuficiente de ioni de Ca2+, urmată de eliberarea unei cantităţi mai reduse de mediator excitator şi, de aici, PPSE subliminal. În cazuri extreme, ca după excitări repetate, terminaţia B poate deveni atât de depolarizată prin excitarea axoaxonică, încât va bloca complet propagarea potenţialului de acţiune.

Inhibiţii presinaptice se întâlnesc cu precădere la nivelul sinapselor excitatoare, formate de terminaţiile aferente măduvei spinării. Dacă în figura 11 neuronul C este motoneuronul, axonul B este fibra aferentă de la fusul neuromuscular, iar axonul A un neuron intercalar, atunci putem deduce că inhibiţia presinaptică, creată de neuronul intercalar, realizează o posibilitate de control foarte timpurie a cantităţii de informaţie ce pătrunde în SNC. Acest mecanism este folosit şi în accentuarea contrastului informaţiilor, care se transmit de la receptori.

Fig. 11. Inhibiţia presinaptică a motoneuronului. Explicaţia este în text (după Vander, 2001)

Fenomenul de inhibiţie prezintă o importanţă deosebită pentru funcţionarea normală a SNC. SNC este bombardat continuu de un mare număr de impulsuri sosite prin fibrele senzitive ale nervilor. Dacă n-ar exista posibilitatea de inhibare a unora din aceste impulsuri, creierul s-ar afla într-o stare de excitaţie continuă, cu consecinţe nefaste pentru organism. Prin intervenţia inhibiţiei sunt blocate semnalele, care nu prezintă importanţă în momentul respectiv.

3.3. INACTIVAREA MEDIATORULUI CHIMIC

Inactivarea mediatorului este procesul prin care se realizează scoaterea din circulaţie a mediatorului eliberat, în vederea reluării ciclului la stimulul următor. Viteza deosebit de mare cu care se realizează acest proces presupune existenţa unor mecanisme multiple. Acestea sunt:

18

Inactivarea postsinaptică. Este realizată cu ajutorul enzimelor hidrolizante din membrana postsinaptică. Aceste enzime, plasate de regulă în imediata apropiere a receptorilor, desfac complexul mediator-receptor pe măsură ce acesta se formează.

Captarea postsinaptică: o parte din mediatorul care nu a fost fixat pe receptori este captat de structura postsinaptică şi trecut în citoplasmă acesteia, unde se inactivează.

Difuzia extrasinaptică: o parte din mediatorul eliberat difuzează în mediul extracelular, unde este inactivat de enzime hidrolizante cu sediul extracelular sau captat de celule extrasinaptice (nevroglii, celule musculare, etc.).

Recaptarea: elementul nervos presinaptic captează o parte din mediatorul eliberat în vederea reutilizării sau inactivării. Recaptarea se observă bine în cazul sistemului nervos simpatic pentru recaptarea acetilcolinei (Fig. 12). Gradul în care fiecare procedeu este utilizat diferă de la un mediator la altul.

Fig. 12. Metabolismul acetilcolinei la nivelul terminaţiilor colinergice. Sinteza acetilcolinei din colină şi acetil CoA are loc în prezenţa colin-acetiltransferazei. Acetil CoA provine din piruvat, generat prin glicoliză, iar colina este transportată la nivelul terminaţiilor sinaptice prin intermediul unui transportor comun cu Na+. Acetilcolina este depozitată în vezicule prin intermediul unui transportor vezicular. După eliberare, acetilcolina este rapid metabolizată de acetilcolinesterază, iar colina este recaptată în terminaţia presinaptică (după Purves, 2004)

3.4. NATURA MEDIATORILOR CHIMICI

Au fost propuse circa 100 de substanţe diferite având rol de mediator chimic. În general ele pot fi incluse în următoarele clase sau tipuri (tabel 2):

Tabel 2. Neurotransmiţători (după Webster, 2001)Grupuri Exemple

1. Acetilcolina Acetilcolina2. Monoamine Dopamina, Noradrenalina, Adrenalina, Serotonina,

Histamina3. Aminoacizi Glutamat, acidul gamma-aminobutiric (GABA),

Glicina4. Peptide Encefaline, Endorfine, Colecistokinina, Substanţa P5. Purine Adenozin trifosfat (ATP), Adenozina

19

Pe lângă grupurile amintite anterior, mai există şi alte substanţe care pot fi considerate drept neurotransmiţători, pe baza activităţii lor la nivelul sistemului nervos central, şi anume: Steroizii (Pregnenalona, Dehidroepiandrosteronul), Oxidul Nitric şi Eicosanoidele (Prostaglandinele).

Acetilcolina. Este secretată de neuroni din diverse zone ale sistemului nervos, în special neuronii piramidali din neocortexul motor, mulţi neuroni din ganglionii bazali, motoneuronii ce inervează fibrele musculare striate, neuronii preganglionari de la ambele sisteme vegetative, neuronii postganglionari parasimpatici, etc. Căile nervoase colinergice sunt evidenţiate în figura 13. Majoritatea corpilor neuronali sunt prezenţi în nucleii mezencefalici: nucleul bazal al lui Meynert, nucleul bandei diagonale al lui Broca şi nucleul preoptic magnocelular. Axonii neuronilor din aceste zone inervează în special neocortexul şi hipocampul. Hipocampul primeşte majoritatea proiecţiilor colinergice, având rol în special în memoria de scurtă durată.

Fig. 13. Căile colinergice din creierul de şobolan (secţiune parasagitală). A- amigdala, AON- nucleul olfactiv anterior, Ar- nucleul arcuat, BN- nucleul bazal al lui Meynert, C- cortex cerebral, CP- putamen caudat, DB- nucleul bandei diagonale al lui Broca, FR-fascicul retroflex, H- hipocamp, IP-nucleul interpeduncular, LDT- nucleul tegmental lateral dorsal, MH- habenula medială, OB- bulb olfactiv, OT- tubercul olfactiv, RF- formaţia reticulată, SM- stria medulară, TH- talamus, TR-formaţia reticulată tegmentală

În majoritatea cazurilor acetilcolina determină efecte excitatorii, dar la nivelul efectorilor periferici poate avea şi efecte inhibitorii (miocard). În general, efectul excitator sau inhibitor al mediatorului depinde nu numai de natura mediatorului, ci şi de tipul receptorilor de pe membrana postsinaptică.

Acetilcolina poate acţiona asupra a două tipuri de receptori: 1) receptori nicotinici (efectul poate fi imitat de concentraţii scăzute de nicotină), care determină efecte rapide, cu depolarizări excitatorii, ca în cazul sinapselor neuromusculare sau a ganglionilor simpatici şi 2) receptori muscarinici (efectul poate fi imitat de muscarină), care pot cauza efecte lente, excitatorii sau inhibitorii, ca în cazul inimii de la vertebrate.

Monoamine. Au ca principal mod de acţiune cel metabotrop. Ele interacţionează cu receptori, prin care declanşează modificări chimice în membrana postsinaptică, care pot produce efecte de scurtă durată (modificări ale permeabilităţii membranei la ioni), sau modificări trofice şi plastice de lungă durată.

Catecolaminele: acţionează asupra receptorilor presinaptici, numiţi autoreceptori presinaptici şi asupra receptorilor postsinaptici tipici. Autoreceptorii sunt localizaţi la nivelul membranei presinaptice şi reacţionează tot la mediatorul eliberat în fanta sinaptică. Activarea acestui tip de receptor intervine în autoreglarea sintezei şi/sau secreţiei mediatorului, inhibând, de regulă, eliberarea lui exagerată.

Noradrenalina (NA). Este secretată de neuroni având corpii celulari localizaţi în hipotalamus şi trunchiul cerebral. Neuronii adrenergici din nucleul pontin („locus coerulens” – A6) (Fig. 14) proiectează în diverse zone corticale, având rol în controlul activităţii globale a scoarţei cerebrale şi a afectivităţii. În majoritatea cazurilor determină excitarea, dar în unele zone determină efecte inhibitorii. NA se secretă şi de către majoritatea fibrelor postganglionare simpatice, având efecte excitatorii sau inhibitorii. Receptorii NA sunt receptorii alfa şi beta, fiecare tip de receptori fiind subdivizat în alfa1A, alfa1B, alfa 1D şi alfa2A, alfa2B, alfa 2C şi, respectiv, beta1, beta2 şi beta3 (Alexander şi colab., 2001). Receptorii afla nu sunt cuplaţi cu adenilatciclaza, în timp ce receptorii beta sunt cuplaţi, determinând efecte cu latenţă mai mare.

Dopamina (DA). Este secretată de neuronii din substanţa neagră (A8, A9) (Fig. 15), care proiectează în ganglionii bazali. Se află şi la nivelul eminenţei mediane, altor zone hipotalamice,

20

sistemului limbic, unor zone neocorticale, etc. De regulă, neuronii dopaminergici au efecte inhibitorii. Se pare că sunt cel puţin 5 tipuri de receptori dopaminergici (D1-D5) (Alexander et al., 2001). Cei mai studiaţi sunt receptorii D1. Receptorii D1 sunt cuplaţi cu adenilatciclaza.

Serotonina (5-HT). Este secretată de neuronii nucleului rafeului median din trunchiul cerebral, care proiectează în coarnele posterioare medulare, hipotalamus şi scoarţa cerebrală. Este secretată şi de către hipotalamus, cerebel, sistemul limbic, retină, tubul digestiv. Serotonina acţionează ca mediator inhibitor pe căile sensibilităţi dureroase. De asemenea, intervine în controlul stării de somn şi veghe, a activităţii adenohipofizei, termoreglării, apetitului, învăţare şi memorie (Hriţcu şi colab., 2007) etc.

Fig. 14. Căile noradrenergice. O cale importantă îşi are origine în locus coeruleus (A6) şi proiectează în alte zone nervoase. Alţi nuclei noradrenergici (A1, A2, A5 şi A7) sunt situaţi pe partea ventrală a trunchiului cerebral

Există 7 tipuri de receptori pentru 5-HT (Barnes şi Sharp, 1999). Autoreceptorii serotoninergici din butonii terminali diminuează frecvenţa descărcărilor spontane. Receptorii postsinaptici, de regulă, inhibă descărcarea neuronului, dar au fost identificaţi la nivelul SNC şi unii receptori excitatori.

Aminoacizi. În cele mai multe cazuri acţiunea lor este ionotropă. Deşi circa 15 aminoacizi au fost propuşi ca neurotransmiţători, numai 4 dintre ei ar îndeplini aceste calităţi.

Acidul gamma-aminobutiric (GABA) este secretat de unii neuroni din măduva spinării, ganglionii bazali şi multe zone corticale. Se pare că el acţionează numai ca mediator inhibitor.

Glicocolul este secretat la nivelul neuronilor medulari, determinând efecte inhibitorii.Glutamatul este secretat de terminaţiile presinaptice ale multor căi senzitive şi de către

unele zone corticale. Este un mediator excitator.

Fig. 15. Căile dopaminergice. Cea mai importantă cale (banda nigrostriatală) provine din substanţa neagră (A8, A9) şi va inerva corpul striat

Peptide. Substanţa P este secretată la nivelul măduvei spinării de către terminaţiile protoneuronului, care transmite semnale algice. Neuronii ce secretă substanţa P se găsesc şi în hipotalamus, ganglioni bazali, retină, având totdeauna rol excitator.

21

Encefalinele sunt substanţe cu acţiune asemănătoare morfinei. Sunt secretate de substanţa gelatinoasă a măduvei spinării, trunchiul cerebral, talamus şi hipotalamus. Acţionează ca mediator excitator, activând sistemele ce inhibă transmiterea sensibilităţii dureroase.

Purine. Activitatea lor a fost observată prima dată la nivel periferic. Prin aplicarea ATP-ului se produce vasodilataţie. S-a constatat că plexurile nervoase ale tractusului gastrointestinal nu conţin fibre colinergice şi noradrenergice. Mediatorul chimic al acestor fibre se pare că este ATP-ul. Este posibil ca ATP-ul eliberat de fibrele purinergice să fie degradat la adenozină la nivelul fantei sinaptice.

În anii 1970, au fost identificaţi receptori purinergici la nivelul membranei presinaptice a joncţiunii neuromusculare. Se cunosc două clase de receptori purinergici: receptorii P1 sensibili la adenozină şi AMP; receptorii P2 sensibili la ATP şi ADP. Acţiunea purinelor este în principal neuromodulatoare.

Oxidul nitric. Activitatea neuroactivă a oxidului nitric a fost evidenţiată pentru prima dată în 1988. El apare în zonele nervoase care controlează comportamentele de lungă durată şi memoria (cerebel, bulb olfactiv, hipocamp, coliculii superiori şi inferiori, şi izolat în cortexul cerebral). Spre deosebire de alţi neurotransmiţători, oxidul nitric nu este preformat sau depozitat în vezicule sinaptice, ci se formează aproape instantaneu la momentul oportun. Odată format, oxidul nitric difuzează în câteva secunde din terminaţia presinaptică, acţionând asupra neuronului postsinaptic sau asupra neuronilor adiacenţi. De regulă, oxidul nitric nu afectează semnificativ potenţialul de membrană, ci provoacă modificări metabolice intracelulare care afectează excitabilitatea neuronală pentru un timp de secunde, minute sau mai mult.

3.5. SINAPSELE ELECTRICE

La acest tip de sinapse membranele pre- şi postsinaptice nu sunt separate printr-o fantă sinaptică, ci sunt legate strâns în maniera unor conductori electrici. De asemenea, nu există întârziere sinaptică, din care cauză ele sunt foarte adecvate pentru sincronizarea activităţii electrice a unui mare grup de celule nervoase, sau celule efectoare ca, de exemplu, descărcarea simultană a miilor de electroplăci din organele electrice ale unor peşti.

Ca şi sinapsele chimice, cele electrice pot fi excitatorii (depolarizante) sau inhibitorii (hiperpolarizante). Ele au fost puse în evidenţă la diferite grupe de nevertebrate şi vertebrate inferioare (peşti). Totuşi şi la mamifere au fost descrise conexiuni dintre neuroni de la diverse nivele ale creierului, sau la nivelul musculaturii netede, a miocardului şi a celulelor receptoare, care seamănă cu sinapsele electrice.

3.6. UNELE CARACTERISTICI ALE TRANSMITERII SINAPTICE

Conducerea unidirecţională prin sinapse. Din cele expuse anterior rezultă că impulsurile sunt conduse prin sinapsele chimice numai de la terminaţia presinaptică spre terminaţia postsinaptică, şi nu invers.

Întârzierea sinaptică. În timpul transmiterii impulsului de la terminaţia presinaptică spre neuronul postsinaptic, se consumă un timp necesar: descărcării mediatorului; difuziei acestuia la membrana postsinaptică; acţiunii lui asupra membranei; pătrunderii Na+; apariţiei PPSE şi apoi a potenţialului de acţiune. Timpul minim necesar desfăşurării acestor procese determină ceea ce se numeşte întârzierea sinaptică, variază între 0,5-0,7 ms. Cunoscând această valoare putem calcula numărul de neuroni dintr-un circuit nervos.

Oboseala sinaptică. Atunci când sinapsele excitatorii sunt excitate repetat, cu o frecvenţă mare, numărul descărcărilor din neuronul postsinaptic este iniţial foarte mare, după care diminuează. Aceasta se datorează oboselii sinaptice. Acest fenomen reprezintă o caracteristică importantă a funcţiei sinapsei, deoarece atunci când o arie din SNC devine extrem de excitată, oboseala cauzează după un interval pierderea excesului de excitabilitate. Prin „oboseala sinaptică” s-ar putea explica durata scurtă a crizei de epilepsie. În acest caz, „oboseala” reprezintă un mecanism de protecţie.

22

Cauza principală a oboselii sinaptice rezidă în epuizarea rezervelor de mediatori din butonul terminal, deoarece o terminaţie presinaptică poate media cel mult 10 000 de transmiteri sinaptice, cantitatea de mediator consumată cu această ocazie, putând fi epuizată în câteva secunde până la câteva minute. Oboseala ar putea fi cauzată şi de următorii 2 factori: 1) inactivarea treptată a unor receptori postsinaptici şi 2) din cauza potenţialelor de acţiune repetate, ionii de Ca2+ din celule se fixează prea lent. Rămânând în citosol, ionii de Ca2+ deschid aşa-numitele canale de K+-calciu-dependente, care determină un efect inhibitor asupra neuronului postsinaptic.

Facilitarea posttetanică. Dacă excităm repetat o sinapsă excitatorie o perioadă scurtă de timp, pentru a evita instalarea oboselii, se constată că neuronul devine mai reactiv la impulsurile sosite ulterior. Fenomenul poartă denumirea de facilitare (potenţare) posttetanică; aceasta s-ar putea datora acumulării ionilor de Ca2+ în membrana presinaptică, ce va mări cantitatea de mediator eliberat în spaţiul sinaptic.

Deoarece la unii neuroni acest fenomen poate dura de la câteva fracţiuni de secundă până la câteva minute, s-ar putea ca acest proces să reprezinte unul din mecanismele, prin care neuronii stochează informaţia. Deci, facilitarea posttetanică ar putea constitui un mecanism al memoriei de scurtă durată.

Efectul acidozei şi alcalozei asupra transmiterii sinaptice. Neuronii sunt foarte sensibili la modificarea pH-ului. Alcaloza creşte mult excitabilitatea neuronilor. Creşterea pH-ului de la 7,4 la 7,8 produce adesea convulsii cerebrale datorită hiperexcitabilităţii neuronilor. Efectul alcalozei poate fi uşor demonstrat prin hiperventilare pulmonară, la persoane predispuse la epilepsie. Eliminarea excesivă a CO2 (acid) pe induce un acces de epilepsie.

Acidoza diminuează mult activitatea neuronilor. Scăderea pH- ului de la 7,4 la 7,0 determină, de regulă, instalarea comei. În cazuri de diabet sever apare totdeauna coma.

Efectul hipoxiei asupra transmiterii sinaptice. Excitabilitatea neuronilor este dependentă de un aport corespunzător cu O2. Lipsa O2 de câteva secunde provoacă inexcitabilitate completă a neuronului. Dacă circulaţia cerebrală este întreruptă temporar (3-5s), subiectul devine inconştient.

3.7. SINAPSA NEUROMUSCULARĂ

La muşchii striaţi transmiterea informaţiei de la nivelul SNC se face prin intermediul unor formaţiuni numite plăci motoare, care reprezintă sinapse neuromusculare. Axonul celulei nervoase pierde teaca de mielină, se ramifică la capătul terminal, formând placa motorie care se invaginează în fibra musculară, dar se află aşezată în afara sarcolemei (Fig. 16).

Întreaga formaţiune este acoperită cu una sau mai multe celule Schwann, care izolează placa motorie de mediul înconjurător.

Urmărind la microscopul electronic structura unei invaginaţii sinaptice, a unei ramificaţii axonice, se constată prezenţa unui spaţiu sinaptic între nerv şi sarcolemă de 20-30 nm. Acest spaţiu este ocupat de lama bazală, care reprezintă un strat subţire de ţesut reticulat spongios prin care difuzează lichidul extracelular. Membrana muşchiului (sarcolema) formează un mare număr de cute, care măresc suprafaţa de contact între muşchi şi mediatorul sinaptic. La nivelul terminaţiei nervoase există un mare număr de mitocondrii, având acelaşi rol ca şi Ia sinapsele interneuronale. Mediatorul chimic, depozitat în vezicule sinaptice, este acetilcolina. Ataşată de lama bazală este acetilcolinesteraza enzimă ce hidrolizează acetilcolina.

3.7.1. Secreţia şi acţiunea acetilcolinei

Când un impuls nervos atinge joncţiunea neuromusculară, are loc activarea canalelor de Ca2+ voltaj-dependente, care permit influxul ionilor de Ca2+. Ca şi în cazul sinapselor neuro-neuronale, ionii de Ca2+ determină atracţia veziculelor sinaptice din apropierea membranei presinaptice, fuziunea membranelor veziculelor cu membrana presinaptică, urmată de exocitoză şi evacuarea acetilcolinei în spaţiul sinaptic. La fiecare impuls nervos se eliberează acetilcolina din circa 60 vezicule sinaptice, care conţin fiecare circa 10000 molecule de mediator. După exocitoză membrana veziculelor sinaptice va fi înglobată în butonul terminal, prin endocitoză, în vederea reîncărcării sale cu noi molecule de acetilcolină. Acetilcolina din spaţiul sinaptic, în timp de circa 1 ms, exercită receptorii nicotinici de pe sarcolemă, după care are loc inactivarea ei prin difuzie în

23

spaţiul extrasinaptic, şi prin colinesterază, prin care se evită reexcitarea fibrei musculare după trecerea potenţialului de acţiune.

3.7.2. Potenţialul local de placă terminală

În acest interval de 1 ms, cât are la dispoziţie acetilcolina, ea difuzează prin spaţiul sinaptic şi se combină cu receptorii nicotinici ai acetilcolinei de pe sarcolemă. Receptorul prezintă, în acelaşi timp, şi un canal proteic cu poartă chimică (canal de aceticolină). Deschiderea canalului ionic se produce în urma combinării fiecărui receptor cu 2 molecule de acetilcolină. Ca urmare, se declanşează în special un influx puternic de Na+, care determină creşterea potenţialului de câţiva mV creând un potenţial local denumit potenţial de placă terminală. El este analog cu PPSE şi persistă circa 5 ms. Când atinge valoarea de prag, generează în muşchi potenţialul de acţiune.

Obişnuit, fiecare impuls care ajunge la nivelul plăcii motorii creeză un potenţial de placă de 3-4 ori mai mare decât cel necesar apariţiei potenţialului de acţiune.

Fig. 16. Placa motorie (după Martini, 2001)

Fig. 17. Potenţiale de placă motorie: A- potenţial de placă înregistrat pe un muşchi curarizat, care nu generează potenţial de acţiune ca în B; C- potenţial de placă subliminal

Excitarea nervului timp de câteva minute cu o frecvenţă mai mare de 100 Hz diminuează rezervele de acetilcolină, încât la un moment dat impulsul s-ar putea să nu genereze potenţiale de

24

acţiune în muşchi. Apare oboseala la nivelul sinapsei. În condiţiile obişnuite de activitate, oboseala nu apare la acest nivel niciodată.

Curara blochează trecerea impulsului de la nivelul plăcii motorii în muşchi. Acţiunea ei se pare că se exercită la nivelul receptorilor: curara se combină cu receptorii acetilcolinei, încât acetilcolina ce va acţiona asupra restului de receptori rămaşi liberi nu va mări în măsură suficientă permeabilitatea canalelor de acetilcolină care să poată iniţia o undă de depolarizare (Fig. 17).

3.7.3. Excitarea fibrelor musculare netede

De regulă, la musculatura netedă nu se găsesc joncţiuni neuromusculare de tipul plăcilor motorii de la musculatura striată. În general, la musculatura netedă fibra nervoasă se ramifică difuz pe grupuri de fibre musculare. Majoritatea terminaţiilor axonice postganglionare prezintă multe varicozităţi, dispuse de-a lungul axei lor. La aceste nivele celulele Schwann sunt întrerupte, încât mediatorul poate fi secretat prin pereţii denudaţi ai varicozităţilor. Varicozităţile conţin vezicule cu mediator chimic (Fig. 18).

Fig. 18. Inervarea muşchilor netezi

În unele cazuri, în special la muşchiul neted multiunitar, varicozităţile sunt aşezate direct, pe membrana fibrei musculare, închizând sub ea un spaţiu de 20 nm, egal cu spaţiul sinaptic de la plăcile motorii. Aceste joncţiuni de contact funcţionează în mare măsură ca şi plăci motorii de la musculatura striată. În acest ultim caz, perioada latentă a contracţiilor musculare este mai mică comparativ cu fibrele care sunt stimulate prin joncţiuni difuze. De asemenea, când o structură este formată din mai multe straturi musculare netede, fibrele nervoase, de regulă, inervează numai stratul superficial, straturile profunde urmând a fi excitate prin conducerea potenţialelor de acţiune, sau prin difuzia ulterioară a mediatorului în aceste structuri.

Mediatorii de la nivelul joncţiunii neuromusculare netede. Se cunosc 2 substanţe eliberate la nivelul terminaţiilor nervoase vegetative: acetilcolina şi noradrenalina (NA). Acetilcolina este o substanţă excitatoare la nivelul unor fibre musculare şi inhibitoare în altele. NA are o acţiune inversă acetilcolinei. Efectul exercitat la nivelul efectorului depinde de natura substanţei receptoare din fibra musculară.

Potenţialul de joncţiune. Transmiterea potenţialului de acţiune fibrei musculare netede are loc în aceeaşi manieră ca şi la joncţiunile neuromusculare din fibra striată, cu deosebirea că viteza reacţiilor are loc mult mai lent Astfel, când un potenţial de acţiune atinge fibra netedă, există o perioadă de latenţă de circa 50 ms. După aceasta potenţialul în muşchi creşte treptat, atingând un maxim în circa 100 ms. Dacă nu apare potenţialul de acţiune, acest potenţial va dispare treptat, având o perioadă de înjumătăţire la fiecare 200-500 ms. Această secvenţă de modificări ale potenţialului este denumită potenţial de joncţiune. El este analog PPSE sau cu potenţialul de placă, cu excepţia unei durate de 20-100 ori mai mari. Fenomenul de inhibiţie se instalează, de asemenea, prin hiperpolarizarea membranei musculaturii netede.

Întrebări de control

Ce este sinapsa? Care sunt componentele sinapsei chimice neuro-neuronale şi ce rol au? Ce este un neurotransmiţător? Explicaţi modul de funcţionare a sinapsei neuro-musculare.

25

CAPITOLUL 4

FIZIOLOGIA MUŞCHILOR

Sistemul biologic capabil să transforme energia chimică în energie mecanică, generând în felul acesta mişcare şi tensiune mecanică, este intitulat sistem contractil. Toate formele de viaţă se caracterizează prin prezenţa unor asemenea sisteme contractile. Datorită lor devin posibile mişcările citoplasmei şi ale organitelor celulare, diviziunea celulei, mişcările cililor şi ale flagelilor, deplasarea animalelor unicelulare, a spermatozoizilor şi a unor virusuri şi, evident, desfăşurarea funcţiilor celulelor musculare netede şi striate, care prin proprietatea lor de bază - contractilitatea - transformă energia chimică în energie cinetică.

Datorită mişcărilor active, animalele dobândesc o mare independenţă faţă de modificările mediului de viaţă. În cazul fiinţelor umane, actele motorii reprezintă expresia aspectului voliţional al actelor de comportament, iar jocul muşchilor mimicii, vocea, scrisul exteriorizează aspecte personalităţii umane. Aproape că nu există un act fiziologic fără o componentă motorie. Sub un anume aspect, sistemul nervos poate fi privit ca un sistem ce răspunde, sub acţiunea stimulilor, prin producerea contracţiei musculare. În acest sens, sistemul nervos şi muscular formează o unitate funcţională.

4.1. FIZIOLOGIA MUŞCHILOR STRIAŢI SCHELETICI

4.1.1. Structura fină a muşchilor striaţi

Un muşchi striat este format dintr-o fascie de înveliş rezistentă, în interiorul căreia se găsesc fibrele musculare dispuse în fascicule (Fig. 19). Fibrele musculare striate sunt celule învelite de o membrană - sarcolema, care înglobează un mănunchi de miofibrile separate între ele de un sistem de tuburi şi cisterne membranoase aparţinând reticulului sarcoplasmic.

Miofibrilele. Constituie componenta contractilă a muşchiului. Ele sunt formate dintr-o succesiune de sarcomere, delimitate prin membrane (discuri) Z, situate la mijlocul unei zone clare şi izotrope (banda I). În centrul sarcomerului se găseşte discul (banda) A, întunecat, anizotrop. În mijlocul acestuia se află banda clară - discul H.

În sarcomere se află 2 tipuri de miofilamente: filamente de miozină, groase, şi filamente de actină, subţiri. Fiecare miofilament de miozină este înconjurat de 6 miofilamente de actină.

Fig. 19. Organizarea muşchiului scheletic la vertebrate (după Vander, 2001)

În repaus, discul I conţine exclusiv fibre de actină, pe când în zona A cele 2 tipuri de filamente sunt intricate. Filamentele de actină traversează discul Z şi trec în sarcomerul vecin.

26

Miofilamentele de miozină prezintă punţi transversale. Interacţiunea acestor punţi cu actina determină contracţia musculară. Discul Z, compus din câteva proteine filamentoase, străbate zona I a tuturor miofibrilelor şi prin capete se inseră pe faţa internă a sarcolemei.

Reticulul sarcoplasmic. Este reprezentat de un sistem de tuburi longitudinale, ce merg paralel cu miofilamentele şi de cisterne în dreptul striei Z.

Sistemul T. Al doilea sistem tubular, T sau transvers, reprezintă invaginaţii ale sarcolemei care, Ia broască, se formează cu regularitate în zona membranei Z, iar la mamifere există în fiecare sarcomer câte două tuburi T, ceea ce va contribui la mărirea vitezei de transmitere a informaţiei. Aria de contact dintre sistemul tubular longitudinal şi cel transversal poartă denumirea de „triadă”, compusă în partea centrală dintr-un tub din cadrul sistemului transvers, înconjurat pe laturi de 2 cisterne.

Din punct de vedere funcţional, reticulul sarcoplasmic are rol de „sechestrare” a ionilor de Ca2+, eliberaţi în timpul excitării, iar sistemul T, în transmiterea excitaţiei de la sarcolemă la aparatul contractil prin eliberarea Ca2+ din reticulul sarcoplasmic.

Structura moleculară a filamentelor de miozină. Molecula de miozină este formată din 6 lanţuri polipeptidice: 2 lanţuri grele şi 4 lanţuri uşoare (Fig. 20). Cele două lanţuri grele se împletesc, formând o structură dublu helicoidală numită coada, respectiv corpul. Lanţul greu la o extremitate se răsuceşte, formând o masă proteică globulară numită capul miozinei (segmentul S1), în alcătuirea căruia intră şi cele 4 lanţuri uşoare (Fig. 20c). Cele 4 lanţuri uşoare contribuie la controlul funcţiei capului în timpul contracţiei musculare.

Fiecare filament de miozină este format din circa 200 molecule de miozină (Fig. 20c). Cozile se aliniază formând corpul filamentului, iar capetele proemină în afară. O parte din structura helicoidală a fiecărei molecule de miozină formează expansiunile laterale numite braţe (segmentul S2). Braţele împreună cu capetele (segmentul S1) formează punţile transversale. Ele prezintă câte 2 articulaţii: prima articulaţie se află în zona unde braţul părăseşte corpul, iar cea de a doua, în locul unde cele 2 capete vin în contact cu braţul (Fig. 20d). Braţele articulate permit capetelor de a se depărta sau apropia de corpul filamentului. Capetele articulate se leagă de actină, determinând procesul contracţiei.

Zonele de emergenţă ale punţilor transversale descriu o spirală pe suprafaţa filamentului de miozină.

Fig. 20. Structura filamentelor de actină şi miozină. b) organizarea filamentelor de F actină şi poziţia complexului troponină-tropăomiozină; c) organizarea filamentelor de miozină; d) structura moleculei de miozină cu indicarea segmentelor S1 şi S2 (după Martini)

Structura moleculară a filamentelor de actină. Filamentul de actină este compus din 3 componente diferite: actina, tropomiozina şi troponina (Fig. 20b).

27

Filamentul de actină (F-actină) rezultă din polimerizarea monomerilor de actină globulară (G-actină). Are o structură de alfa dublu helix. De fiecare moleculă de G-actină se ataşează câte o moleculă de ADP, care reprezintă zona activă a filamentului de actină, cu care vor interacţiona punţile laterale ale miozinei. Printre filamentele de F-actină se află nebulina, care asigură coeziunea filamentelor de actină.

Tropomiozina. Filamentul de actină conţine 2 filamente proteice de tropomiozină, slab ataşate de filamentul de F-actină. În perioada repausului muscular tropomiozina acoperă zonele active ale actinei, împiedicând interacţiunea actinei cu miozina.

Troponina este un complex din 3 proteine globulare ataşate de tropomiozină. Cele 3 proteine globulare sunt: troponina I, care prezintă o puternică afinitate pentru actină; troponina T, care prezintă afinitate pentru tropomiozină şi troponina C cu afinitate pentru ionii de Ca2+. Atunci când ionii de Ca2+ se combină cu troponina C, care fixează ca şi calmodulina câte 4 ioni de Ca2+, complexul troponinei suferă o modificare conformaţională, care acţionează tropomiozina, descoperind zonele active ale actinei. Prin descoperirea zonelor active ele intră în interacţiune cu capul miozinei, iniţiind contracţia musculară.

4.1.2. Iniţierea contracţiei musculare: cuplarea electro-mecanică

În muşchii striaţi contracţia începe prin apariţia potenţialului de acţiune, care produce curenţi electrici ce se deplasează în interiorul fibrei musculare, determinând eliberarea ionilor de Ca2+ din reticului sarcoplasmic. Ionii de Ca2+ induc fenomene chimice, care declanşează procesul contractil. Această secvenţă a proceselor descrise formează cuplarea electro-mecanică.

Potenţialul de acţiune din fibra musculară striată. Valoarea potenţialului de repaus al membranei este de -80-90mV. De asemenea, potenţialul de vârf are, în esenţă, acelaşi voltaj ca la fibrele nervoase mari, însă durata lui este de 1-5 ms, deci de 5 ori mai mare decât în fibrele mielinice mari. De regulă, fibrele musculare prezintă o singură placă motorie situată la mijlocul fibrei, de unde depolarizarea se propagă simetric de la locul de excitare a membranei spre extremităţile fibrei cu o viteză de 3-5 m/s.

Fibra musculară poate fi excitată mult mai uşor, atunci când stimulul se aplică la nivelul joncţiunii neuromusculare. Acest fapt este folosit în practica medicală pentru determinarea prezenţei sau absenţei inervaţiei musculare. Electrodul de excitare se deplasează pe piele deasupra muşchiului explorat şi dacă se descoperă un punct în care muşchiul este excitat mai puternic decât în alte puncte, aceasta constituie un indiciu al prezenţei unei joncţiuni neuromusculare viabile. Aceste puncte cu excitabilitate mărită sunt denumite puncte motorii.

Conducerea potenţialului de acţiune în interiorul fibrei. Fibrele musculare striate sunt atât de mari, încât potenţialul de acţiune, care se propagă de-a lungul membranei, aproape că nu determină curgerea curentului prin interiorul fibrei musculare. Totuşi, pentru a determina contracţia, acest curent electric trebuie să ajungă în apropierea tuturor miofibrilelor. Această necesitate se realizează prin conducerea potenţialului de acţiune de-a lungul tubului transvers (sistemul T), care pătrunde în interiorul fibrei musculare. Sistemul T reprezintă o invaginaţie a sarcolemei şi conţine în lumenul său, ca şi membrana externă, lichid extracelular. La animalele inferioare există câte un singur tub T, localizat în dreptul discului Z. Aceeaşi situaţie se regăseşte şi în miocard, în schimb, muşchii scheletici ai mamiferelor conţin în fiecare sarcomer câte 2 tuburi T localizate în dreptul capetelor miofilamentelor de miozină, care reprezintă locurile unde apare forţa mecanică a contracţiei. În felul acesta, muşchii scheletici ai mamiferelor prezintă o organizare optimă în vederea excitării rapide a muşchiului.

Eliberarea ionilor de Ca2+ de către reticulul sarcoplasmatic. O caracteristică specială a reticulului sarcoplasmatic (RS) constă în aceea că el conţine ioni de Ca2+ în concentraţie mare, care sunt eliberaţi în mare parte atunci când tubul T este excitat.

În figura 21 se observă cum potenţialul de acţiune determină o scurgere a curentului din tubul T în cisterna adiacentă. Cisterna proiectează digitaţii joncţionale care înconjură tubul T, facilitând trecerea curentului din tubul T în cisternă. Conform teoriei electrice, scurgerea curentului determină deschiderea canalelor de Ca2+-voltaj dependente din cisterne şi din tubul longitudinal. Conform altor teorii (teoria chimică), scurgerea curentului prin tubul T, ar determina ori deschiderea canalului de Ca2+ din sistemul T, care va permite influxul de Ca2+ din mediul extracelular (nu intracelular), sau curentul generează în membrana sistemului T inozitoltrifosfatul (IP3). La rândul lor, Ca2+ sau IP3, în calitate de mesageri intracelulari, ar determina deschiderea canalelor de Ca2+

28

de pe RS. Ionii de Ca eliberaţi din reticul difuzează spre miofibrilele adiacente, combinându-se cu troponina C, ceea ce se va solda cu contracţia musculară, care a fost prezentată.

Fig. 21. Cuplarea excitaţiei cu contracţia. Potenţialul de acţiune determină eliberarea ionilor de Ca2+ din reticulul sarcoplasmic, urmată de sechestrarea lor prin intervenţia pompelor de Ca2+, care funcţionează cu

consum de ATP (după Vander, 2001)

Acest „puls” de Ca2+ durează, de regulă, 1/30 s. În miocard el durează mai mult (circa 0,3 s). Cât timp concentraţia Ca2+ din citosol rămâne ridicată (circa 2x10-14 moli), contracţia continuă. Totuşi pompele de calciu de pe membranele RS, care se activează de concentraţiile crescute de calciu din citosol, vor reintroduce Ca2+ în RS. În mişcarea Ca2+ de la nivelul miofibrilelor, în RS există o proteină numită paralbumină, care îndeplineşte rolul unui fixator intermediar de Ca2+. Pompele de Ca2+ concentrează acest ion de circa 10 000 ori. În afară de aceasta, în RS se află o proteină numită calsechestrină, care poate fixa de 40 ori mai mult Ca2+ decât cel existent în forma ionică. Prin intervenţia acestor mecanisme (pompa de calciu şi calsechestrina), concentraţia Ca din citosol este menţinută la un nivel foarte scăzut (circa 10-7 moli).

Pentru a se putea repeta contracţia este necesară apariţia unui nou potenţial de acţiune, care va declanşa reacţiile descrise mai sus.

4.1.3. Sursa energetică a contracţiilor musculare

Din mecanismul contracţiei musculare a rezultat că acest proces depinde de energia furnizată de ATP. Majoritatea energiei, care rezultă din hidroliza ATP-ului, este folosită pentru glisarea filamentelor de actină printre cele de miozină. O mică parte din energia rezultată, va fi folosită pentru: 1) aprovizionarea cu energie a pompelor de Ca2+ în vederea „sechestrării” acestor ioni de către RS sau eliminarea lor în mediul extracelular şi 2) aprovizionarea cu energie a pompelor de Na+-K+, în vederea reîncărcării adecvate a membranei cu ioni.

Cantitatea de ATP prezentă în fibra musculară (circa 4 mV), este suficientă pentru menţinerea contracţiilor timp de câteva secunde (la broască, cu rezervele de ATP existente, pot apărea circa 100 secuse musculare). Din fericire, după hidroliza ATP în ADP şi Pi, ADP-ul poate fi refosforilat generând din nou ATP. Există câteva surse energetice, necesare acestei refosforilări:

Prima sursă folosită la refacerea ATP este reprezentată de fosfocreatină (PC), un alt compus macroergic prezent în muşchi. Prin scindarea PC se eliberează energia necesară refacerii

29

ATP conform reacţiei: PC + ADP → ATP + C (creatină). Totuşi, şi cantitatea de PC prezentă în muşchi este redusă (se află de circa 5 ori mai multă comparativ cu ATP), din care cauză rezervele totale energetice (ATP + PC) nu pot prelungi contracţiile musculare decât pentru câteva secunde (10-20 s).

Altă sursă energetică folosită la refacerea atât a ATP, cât şi a PC, este reprezentată de energia eliberată în urma metabolizării principiilor alimentare reprezentate prin glucide, lipide şi proteine. O cantitate redusă de energie se eliberează în urma scindării iniţiale a glicogenului şi glucozei prin procesul glicolizei. Cantitatea cea mai mare (circa 95%) din energia depozitată în substanţele de origine alimentară, se eliberează în faza aerobă a metabolismului de la nivelul ciclului Krebs. Din procesele de glicoliză anaerobă rezultă un câştig de 2 ATP, în timp ce din procesele care au loc la nivelul ciclului Krebs, apare un plus de 36 molecule de ATP. Importanţa glicolizei constă în aceea că energia se eliberează de 2,5 ori mai repede comparativ cu oxidarea la nivelul ciclului Krebs. Totuşi, în urma glicolizei se acumulează produşi de catabolism (acid piruvic, lactic), care fac ca durata contracţiei să fie redusă (circa 1 minut). Din contră, oxidarea aerobă furnizează, pe de o parte, o cantitate mult mai mare de energie, iar pe de altă parte, poate folosi, alături de glucide, şi alte substanţe metabolice, precum lipidele şi proteinele, ceea ce permite ca mecanismul contracţiei musculare să poată funcţiona timp de multe ore.

Reacţiile chimice din muşchiul în contracţie se pot schematiza astfel:1. ATP → ADP + Pi + energie necesară contracţieiFC → C + Pi + energie necesară resintezei ATPPC + ADP → C + ATP____________________________________________________________________2. Glucoza 2M acid lactic + energie pentru refacerea PC:C + Pi → PC____________________________________________________________________3. Acid lactic CO2 + H2O + energie (36 ATP)

În concluzie, energia necesară contracţiei musculare este de natură chimică. Sursa energetică imediată constituie scindarea ATP-ului. Energia depozitată în PC nu intervine direct în contracţie, ci pentru refacerea ATP-ului, iar refacerea PC, în vederea menţinerii ciclului, se realizează pe seama energiei rezultată din glicoliză.

Dacă se înregistrează simultan lucrul mecanic efectuat de un muşchi (A) şi cantitatea de O2

consumat, în vederea calculării cantităţii de energie consumată (Q), se poate afla randamentul energetic (A/Q), care la muşchi este în jur ele 20-25%. Acest randament este realizat la temperatura corpului printr-un proces chimiodinamic şi nu termodinamic. Cu alte cuvinte, în muşchi, energia chimică se transformă direct, şi nu prin intermediul căldurii, în contracţie musculară.

4.2. PARTICULARITĂŢILE FUNCŢONALE ALE MUŞCHILOR NETEZI

Tipuri de muşchi netezi (MN). În linii mari, musculatura netedă poate fi divizată în 2 tipuri majore: muşchiul neted multiunitar şi muşchiul neted visceral.

MN multiunitar. Acest tip de muşchi este format din fibre musculare netede, care lucrează independent una de alta. Controlul lor este exercitat, de regulă, pe cale nervoasă, deşi, de obicei, ele nu generează potenţiale de acţiune. De asemenea, foarte rar manifestă contracţii spontane. Ca exemple de MN multiunitar pot servi muşchii ciliari, muşchii irisului, ai membranei nictitante, muşchiul piloerector şi musculatura netedă a multor vase sangvine mari.

MN visceral. Este format, de regulă, din fascicule musculare, nu fibre izolate, iar membranele celulelor vecine formează joncţiuni laxe („gap”), prin care ionii pot trece cu uşurinţă dintr-o celulă în alta. În acest mod, fibrele formează un sinciţiu funcţional, care, de regulă, se contractă simultan pe zone mari. Din această cauză MN visceral poate fi denumit MN unitar. Acest tip de muşchi se găseşte în tunicile intestinului, ale canalelor biliare, ureterelor, uterului etc.

Potenţialele de acţiune dintr-o zonă excitată sunt conduse la fibrele vecine prin conducere electrică. Cu alte cuvinte, potenţialul de acţiune, generat într-o zonă musculară, excită electric fibrele adiacente, fără a secreta un mediator chimic, curentul electric deplasându-se prin joncţiuni laxe, de la o celulă la alta, ca şi cum între fibrele musculare vecine n-ar exista membrane celulare.

30

anaerob

anaerob

Procesul contractil în MN. MN conţin filamente de actină şi miozină, având caracteristicile chimice apropiate, dar nu chiar identice cu ale fibrelor similare de la muşchii striaţi. Ele conţin şi tropomiozină dar, probabil, nu conţin troponină.

Ca şi la muşchii striaţi, procesul contracţii este activat de ioni de Ca2+, iar ATP-ul este scindat în ADP cu eliberare de energie necesară contracţiei. Totuşi, există diferenţe majore în privinţa organizării fibrelor musculare netede, a cuplării excitaţiei cu contracţia, controlul procesului contracţiei prin Ca2+; durata contracţiei, cantitatea de energie necesară contracţiei.

4.2.1. Bazele fiziologice ale contracţiei musculaturii netede

MN nu prezintă o organizare a filamentelor de actină şi miozină în sarcomere. Rolul membranelor Z este îndeplinit de aşa-numiţii corpusculi denşi (Fig. 22), de care se ataşează filamentele de actină. Unii corpusculi sunt atraşi de membrana celulei, iar alţii sunt răspândiţi în corpul celulei şi menţinuţi în poziţie prin legăturile realizate de proteinele structurale, care leagă corpusculii între ei. Printre fibrele de actină există un număr de fibre de miozină. Numărul lor este de 12-15 ori mai redus comparativ cu cele de actină. Cu toate că numărul filamentelor de miozină este redus, prin cuplarea cu actină se poate dezvolta o tensiune aproximativ egală cu tensiunea dezvoltată de muşchii striaţi (circa 3 Kg/cm2 grosime).

Fig. 22. Dispoziţia filamentelor în muşchii netezi Fig. 23. A-spike potenţial; B- o serie de potenţiale de acţiune cauzate de unde electrice lente

(după Guyton, 2006)

Durata mare a contracţiei şi relaxării. Perioada latentă este de circa 50-100 ms, iar contracţia şi relaxarea, circa 1-3 s. Totuşi, există MN cu contracţii foarte rapide (0,2 s), după cum există şi MN cu contracţii foarte lente (30 s). În timpul contracţiei musculare, care se desfăşoară prin mecanismul „mersului de-a lungul”, descris la muşchii striaţi, frecvenţa apariţiei forţelor de tracţiune este de 1/10-1/100 comparativ cu muşchii striaţi. Se pare că această activitate lentă rezultă din activitatea ATP-azică redusă a miozinei.

Necesarul energetic al contracţiilor susţinute. Măsurătorile au arătat că, pentru dezvoltarea unei tensiuni egale cu cea dezvoltată de muşchii striaţi, este necesară doar 1/12-1/25 din energia necesară muşchilor striaţi. Aceasta se datorează, probabil, activităţii ATP-azice reduse a capului miozinei şi numărului mic de miofilamente de miozină. Economia de energie este deosebit de importantă pentru funcţionarea globală a organismului, având în vedere contracţiile tonice aproape continue ale unor organe ca intestinul, vezica urinară, vezica biliară şi alte viscere.

Potenţialul de membrană. Valorile potenţialului de membrană diferă de la un muşchi la altul şi în funcţie de condiţiile în care se află muşchiul respectiv. În general, aceste valori sunt cuprinse între -40-60 mV.

La MN multiunitar, potenţialul de acţiune, probabil, nu apare. La MN visceral există două forme de potenţiale de acţiune: 1) sub formă de platou şi 2) spike potenţial. Ele pot apărea ca

31

urmare a excitării electrice, prin hormoni, mediatori chimici sau ca urmare a generării spontane. Potenţialele sub formă de platou (Fig. 23) apar, de regulă, în ureter, uter şi unele vase sangvine. Ele pot fi responsabile de prelungirea duratei de contracţie, care se observă în unele fibre musculare.

Undele lente de potenţial. Unele fibre musculare netede sunt autoexcitabile, în sensul că potenţialele de acţiune apar fără un stimul extrinsec. Apariţia lor este legată, de regulă, de activitatea ritmică a potenţialului de membrană, sub forma unor unde lente (Fig. 23). Undele lente ca atare nu reprezintă potenţiale de acţiune. Cauza lor este necunoscută. După unii autori, ele ar apărea ca urmare a creşterii sau diminuării pompării ionilor de Na+ din interiorul celulei: potenţialul devine pronunţat negativ când efluxul Na+ este accentuat, şi invers. După alţi autori, aceste unde ar fi determinate de modificarea ritmică a conductanţei canalelor ionice.

Importanţa undelor lente constă în aceea că pot genera potenţiale de acţiune. Undele lente nu produc contracţii musculare, ci produc potenţiale de acţiune, care la rândul lor induc contracţia muşchilor. Din această cauză, undele lente se numesc unde pacemaker (în traducere, care imprimă ritmul). De exemplu, activitatea ritmică a contracţiilor intestinului este controlată prin aceste unde lente.

Excitarea musculaturii netede prin întindere. Întinderea MN viscerali determină generarea potenţialelor de acţiune urmată de contracţie. Apariţia potenţialelor de acţiune reprezintă o rezultantă a undelor lente, combinate cu scăderea diferenţei de potenţial, produsă de întindere. Acest mod de comportare prezintă o deosebită importanţă în funcţionarea MN viscerali, permiţând organelor cavitare, care au fost întinse de către conţinutul lor, de a se contracta şi a rezista la tracţiune. De exemplu, distensia intestinului prin conţinutul intestinal, generează o undă peristaltică, care împinge conţinutul din zona tensionată.

Depolarizarea MN multiunitari. MN multiunitari se contractă, de regulă, prin stimuli nervoşi. Terminaţia nervoasă secretă acetilcolină sau noradrenalină, care determină depolarizarea membranei, urmată de contracţia musculară. Totuşi, de regulă, nu apar potenţiale de acţiune. Cauza acestui fenomen constă în aceea că fibra musculară netedă este prea mică pentru a putea genera potenţiale de acţiune. Pentru a apărea potenţialul de acţiune autopropagabil, trebuie să se depolarizeze simultan circa 30-40 fibre musculare. Totuşi depolarizarea locală, care apare în urma secreţiei mediatorului, se propagă electrotonic de-a lungul întregii fibre musculare şi determină contracţia.

Cuplarea excitaţiei cu contracţia. Rolul ionilor de Ca2+. Ca şi la alţi muşchii striaţi, la MN activarea procesului contractil este realizat de ioni de Ca2+. Sursa Ca2+ este aproape în totalitate din mediul extracelular, deoarece reticulul sarcoplasmic (RS) este slab dezvoltat. Influxul extracelular de Ca2+, care contribuie în acelaşi timp la generarea potenţialelor de acţiune, ajunge în preajma miofilamentelor şi activează procesul contractil. La unii MN există un RS slab dezvoltat, dar nu există sistem transvers de tuburi (tuburi T). În acest caz, cisternele RS vin în contact cu membrana celulei, iar eliberarea ionilor de Ca2+ din RS, ar fi determinată direct de potenţialul de acţiune al membranei fibrei musculare.

Există pompe de Ca2+, care pompează aceşti ioni în mediul extracelular sau în RS. Totuşi, ele acţionează mult mai lent comparativ cu pompele din muşchii striaţi. Aceasta constituie cauza prelungirii contracţiei musculare.

Mecanismul de acţiune a calciului. MN nu prezintă complexul troponinei, prezentat la muşchii striaţi. Ca2+ iniţiază contracţia prin mărirea activităţii ATP-azice a capului miozinei. În lipsa Ca2+ activitatea ATP-azică este foarte redusă, încât ATP nu poate fi scindat, iar procesul contractil nu poate avea loc. Activarea ATP-azei prin Ca2+ are loc astfel: 1) influxul de calciu, cauzat de potenţialul de acţiune sau alt stimul, determină creşterea concentraţiei Ca2+ din citosol; 2) ionii de Ca2+ se combină cu calmodulina (CaM), un receptor intracelular de calciu foarte asemănător cu troponina C din muşchii striaţi; 3) complexul Ca2+-CaM activează kinaza lanţului uşor al miozinei (MLCK); 4) MLCK activată fosforilează un lanţ uşor din capul miozinei (LC20), care 5) determină modificarea conformaţională a miozinei, permiţând legarea de actină, urmată de stimularea activităţii ATP-azei. Hidroliza ATP generează energia necesară dezvoltării tensiunii şi contractilităţii. Există o fosfatază care îndepărtează specific fosfatul de pe lanţul uşor al miozinei (LC20), ceea ce schimbă sensul reacţiei.

Întrebări de controlCare sunt principalele categorii de muşchi? Care este sursa energetică a contracţiilor

musculare? Explicaţi procesul contractil a muşchilor striaţi şi netezi.

32

CAPITOLUL 5

SISTEMUL NERVOS SENZORIAL

Semnalele senzoriale din toate zonele corporale sunt transmise SNC, prin care îl informează despre condiţiile care există în diverse zone corporale sau în mediul înconjurător. Semnalele nervoase pleacă întotdeauna de la nivelul receptorilor. Există o multitudine de receptori. Orice analizator este compus din receptor, calea de conducere (segmentul intermediar), care începe după receptor şi se continuă până în zona corticală, care reprezintă segmentul central al analizatorului.

5.1. PROPRIETĂŢILE GENERALE ALE RECEPTORILOR

Un receptor poate fi definit ca o structură specializată care informează SNC referitor la evenimentele care au loc în interiorul corpului sau în mediul lui înconjurător. Funcţia principală a receptorilor constă în transformarea (traducerea) stimulilor într-un limbaj inteligibil pentru SNC (decodarea). Toţi receptorii cunoscuţi transformă diferite forme de energie, care reprezintă excitanţi ai receptorilor, în activitate electrică.

Stimulii care acţionează asupra receptorilor se diferenţiază între ei prin calitate, intensitate, desfăşurare temporară şi distribuţie spaţială. Pentru realizarea unei analize complete toate aceste calităţi ale excitanţilor, trebuie transpuse într-un sistem de codificare. Prin codificare se înţelege procesul de convertire a informaţiei.

5.1.1. Codificarea calităţii stimulilor

Excitanţii pot fi de diverse tipuri: mecanici, termici, chimici etc. Codificarea calităţii stimulilior depinde în primul rând de structura receptorului. Receptorii, care au apărut în procesul îndelungat al evoluţiei, exercită un efect de filtru al excitanţilor, în sensul că, în mod normal, ei reacţionează la o singură categorie de excitanţi numiţi excitanţi specifici. De exemplu, excitantul specific al fotoreceptorilor este reprezentat prin unde electromagnetice, având lungimea de undă cuprinsă între 400-725 nm.

În funcţie de natura excitantului specific, receptorii pot fi clasificaţi în următoarele categorii:1) mecanoreceptori, care reacţionează la excitanţi mecanici. În aceasta categorie intră

receptorii tactili, acustici,vestibulari, presoreceptorii din unele zone reflexogene, care monitorizează presiunea sanguină, presoreceptorii de distensie din organele cavitare etc;

2) chemoreceptori, care reacţionează la variaţiile compoziţiei chimice ale mediului. În categoria chemoreceptorilor intră receptorii gustativi, olfactivi, osmoreceptorii, receptorii pentru aminoacizi, liporeceptorii, glucoreceptorii etc;

3) termoreceptorii , care sesizează variaţiile termice;4) receptorii electromagnetici,care reacţionează la lumină. Receptorii de durere se

consideră că nu au un excitant specific, deoarece pot reacţiona la orice categorie de excitanţi, care sunt suficient de puternici.

5.1.2. Codificarea intensităţii excitanţilor

La nivelul receptorului, intensitatea excitantului este codificată sub forma unei amplitudini gradate ale potenţialului de receptor. Amplitudinea potenţialului de receptor este proporţională cu logaritmul intensităţii stimulilor. Potenţialul de receptor generează potenţiale de acţiune în calea de conducere, a căror frecvenţă este proporţională cu amplitudinea potenţialului de receptor. Deci, frecvenţa impulsurilor pe calea de conducere se poate exprima prin formula: F= K log I, în care F reprezintă frecvenţa impulsurilor în fibra nervoasă, I, reprezintă intensitatea excitantului iar K, o constantă de proporţionalitate.

Răspunsul logaritmic al receptorilor şi fibrelor senzitive le-a extins mult scara de perceptivitate. De exemplu, urechea umană poate decela sunete ale căror intensitate diferă între ele de ordinul 1012 ori. Dacă receptorii ar reacţiona liniar şi nu logaritmic, modificările intensităţii sunetelor care ar putea fi diferenţiate, n-ar depăşi câteva sute. Aceasta, pe de o parte, s-ar datora

33

faptului că pentru fiecare intensitate diferită, ar trebui ca numărul impulsurilor să difere între ele, iar pe de altă parte, frecvenţa maximă a impulsurilor transmise printr-o fibră nervoasă, este limitată de durata mare a fazei refractare absolute (frecvenţa maximă a fibrelor mielinizate groase este de 500-1.000 Hz). Răspunzând logaritmic, scara lor de perceptivitate s-a extins foarte mult.

Cu toate că la nivelul receptorului şi a căii de conducere intensitatea este codificată logaritmic, segmentul central al analizatorului le interpretează într-un mod antilogaritmic şi în felul acesta poate aprecia intensitatea reală a stimulului.

O altă modalitate folosită de receptori şi fibrele nervoase senzitive în vederea analizei intensităţii excitantului, constă în sumarea lor spaţială; cu cât intensitatea stimulului este mare, se vor excita mai mulţi receptori şi vor fi antrenate mai multe fibre nervoase în transmiterea semnalului nervos (prin semnal nervos se înţelege totalitatea impulsurilor nervoase de un anume tip ).

5.1.3. Codificarea distribuţiei spaţiale a stimulilor

Localizarea locului unde se află excitantul, poate fi realizată pe baza somatotopiei, adică a zonei nervoase unde proiectează un anume segment corporal. De exemplu, în cazul homuncusului senzitiv, atunci când o zonă corticală este excitată, senzaţia care apare o raportăm la zona corpului de unde provin în mod normal semnalele nervoase.

În cazul analizatorului acustic, localizarea sursei sonore se poate face prin diferenţa de timp a excitării celor două urechi, sau prin diferenţa de intensitate a sunetelor percepute de cele două urechi.

5.1.4. Codificarea desfăşurării temporare a stimulilor

La receptorii tonici (lent adaptabili), timpul cât acţionează excitantul, poate fi apreciat prin prezenţa continuă a semnalelor transmise de receptor. În cazul receptorilor fazici (rapid adaptabili) putem afla începutul sau sfârşitul acţiunii stimulului.

5.2. FUNCTIA SOMESTEZICĂ A SISTEMULUI NERVOS

Somestezia (sau sensibilitatea corporală) se referă la mecanismul nervos care recepţionează informaţiile senzitive din corp. Ea cuprinde 3 modalităţi diferite de senzaţii:

1) sensibilitatea mecanoreceptivă; 2) sensibilitatea termoreceptivă3) sensibilitatea nociceptivă (dureroasă).Modalitatea mecanoreceptivă include următoarele modalităţi de sensibilităţi: tactilă, de

presiune, de vibraţie (denumite obişnuit sensibilitate tactilă) şi simţul poziţiei (sensibilitate proprioceptivă).

5.2.1. Sensibilitatea tactilă

La om, există cel puţin 6 tipuri diferite de receptori tactili (Fig. 24).Terminaţii nervoase libere. Se găsesc în piele şi în alte ţesuturi. Se pare că sunt senzori

de prag, semnalizând prezenţa stimulului într-un anume loc de pe corp. De asemenea, pot participa în transmiterea semnalelor generate de stimuli mecanici slabi, care se deplasează pe piele, cum ar fi insectele.

Corpusculii Meissner sunt foarte numeroşi la vârful degetelor, buzelor şi altor zone corporale glabre. Au rol deosebit în stereognozie şi în localizarea exactă a zonei corporale excitate mecanic. Se adaptează foarte repede.

Discurile Merkel sunt receptori tonici. Sunt răspunzătoare de senzaţiile de apăsare continuă a obiectelor pe suprafaţa corpului.

Organele terminale Ruffini, localizate în straturile profunde ale tegumentului, se adaptează lent, transmiţând continuu semnalele generate de deformarea straturilor profunde.

Terminaţiile nervoase de la baza foliculului pilos se excită prin mişcarea firelor de păr. Se adaptează uşor.

34

Fig. 24. Schema structurii şi poziţiei mecanoreceptorilor (după Vander, 2001)

Corpusculii Pacini sunt localizaţi în hipoderm. Se excită numai de deformarea rapidă a pielii, deoarece sunt receptori fazici. Prezintă importanţă în semnalizarea vibraţiilor tisulare sau altor deformări foarte rapide.

Oricare ar fi natura excitantului, excitarea receptorilor tactili din piele se produce numai atunci când are loc îndoirea firelor de păr sau deformarea pielii. De exemplu, presiunea atmosferică (760 mm Hg), nu excită receptorii tactili, deoarece acţionează uniform asupra pielii, fără s-o deformeze.

5.2.2. Simţul poziţiei

Simţul poziţiei denumit şi sensibilitate proprioceptivă poate fi împărţit în două subtipuri: 1) poziţia statică, ce înseamnă recunoaşterea conştientă a poziţiei diferitelor segmente

unele în raport cu altele 2) kinestezia, sau propriocepţia dinamică, care înseamnă recunoaşterea conştientă a

vitezei de deplasare a diferitelor segmente corporale.Poziţia statică şi kinestezia este apreciată pe baza informaţiilor primite din diverse zone

corporale, cuprinzând terminaţiile senzitive de la nivelul capsulelor şi a ligamentelor articulare, receptorii tegumentari şi din ţesuturile profunde din apropierea articulaţiilor, fusurile neuromusculare din interiorul muşchilor, care măsoară lungimea muşchiului, organele tendinoase Golgi din zona tendoanelor la locul de inserţie de fibrele musculare, care semnalizează tensiunea dezvoltată în muşchi, receptorii aparatului vestibular, care indică, printre altele, poziţia capului în raport de forţa gravitaţională şi chiar analizatorul optic. Fusurile musculare şi organele tendinoase Golgi, având rol în controlul contracţiilor musculare, vor fi prezentate la funcţia motorie a SNC.

La nivelul capsulei şi a ligamentelor articulaţiei, există trei tipuri majore de receptori şi anume:1) terminaţiile nervoase similare cu organele terminale Ruffini, care se excită puternic în cazul mişcărilor bruşte; 2) terminaţii asemănătoare organelor tendinoase Golgi, care se găsesc în ligamentele din jurul articulaţiei; 3) în ţesuturile din jurul articulaţiilor se află un număr redus de corpusculi Pacini. Ei se adaptează foarte repede şi, probabil, permit aprecierea vitezei de deplasare a articulaţilor.

Terminaţiile nervoase libere, existente la nivelul articulaţiilor, sunt detectori de durere de la acest nivel.

Excitantul specific al acestor receptori este reprezentat prin unghiul articulaţiei şi viteza de mişcare.

5.2.3. Căile sensibilităţii somatice mecanoreceptive

Semnalele senzoriale din segmentele somatice ale corpului, pătrund în măduva spinării prin rădăcinile posterioare ale nervilor spinali. Pătrunzând în măduvă, axonii neuronilor pseudounipolari

35

de pe traseul rădăcilor posterioare, pot pătrunde direct în cordoanele posterioare, formând fasciculele spinobulbare (Goll şi Burdach), sau sinapsează cu deutoneuronii din coarnele posterioare, a căror axoni se încrucişează la nivelul comisurii cenuşii a măduvei spinării, trecând de partea opusă în cordoanele anterolaterale, unde intră în alcătuirea fasciculelor spinotalamice anterolaterale (Fig. 25).

Fig. 25. Căile sensibilităţii exteroceptive.Aferenţele care pătrund prin rădăcina posterioară fac sinapsă cu deutoneuronul din cornul posterior. Axonul deutoneuronului va face sinapsă cu al treilea neuron situat în talamus, a cărui axon va proiecta în scoarţa somestezică (după Purves, 2004)

Cordoanele posterioare sunt formate din fibre groase, mielinizate, care conduc informaţia cu viteză mare. Prin fasciculele spinobulare este transmisă: 1) sensibilitatea tactilă, ce este condusă foarte rapid; 2) sensibilitatea ce necesită un înalt grad de localizare a stimulului şi o gradare fină a intensităţii lui; 3) sensibilitatea vibratorie; 4) simţul poziţiei; 5) sensibilitatea ce semnalizează mişcarea pe suprafaţa corpului.

Prin sistemul spinotalamic anterolateral sunt conduse semnalele:1) dureroase; 2) termice; 3)sensibilitatea tactilă crudă (neprelucrată), cu posibilităţi mai reduse de localizare şi de apreciere a intensităţii stimulului; 4) semnalele de mâncărime şi gâdilat; 5) excitaţiile sexuale.

Fasciculul Goll şi Burdach sinapsează în nucleii bulbari Goll şi Burdach, după care are loc decusaţia (încrucişarea) senzitivă şi prin lemniscul median proiectează în nucleii talamici specifici.

Unele fibre mai vechi filogenetic din fasciculul anterolateral al măduvei spinării, sinapsează în formaţia reticulată a trunchiului cerebral de unde semnalele ajung în nucleii talamici nespecifici. Alte fibre ale fasciculului anterolateral talamic, apărute mai nou filogenetic, sinapsează în nucleii talamici specifici.

La nivelul trunchiului cerebral se ataşează de lemnicul medial fibrele senzitive ale nervului V, care îndeplinesc pentru zona capului funcţia cordoanelor posterioare medulare pentru restul corpului.

36

5.2.4. Scoarţa somestezică

Aria corticală cerebrală, pe care proiectează semnalele somestezice, se numeşte scoarţa somestezică. Există două arii somestezice distincte: aria somestezică I şi II, care se află în girusul postcentral din lobul parietal (Fig. 26).

Fig. 26. Ariile somestezice şi talamusul

Desenarea pe scoarţa cerebrală a zonelor corporale de unde vin semnalele senzoriale (homunculus senzitiv), arată că proiecţia corpului este răsturnată, contralaterală cu excepţia zonei feţei, şi disproporţionată. Zonă mare de proiecţie ocupă acele teritorii corporale care sunt fin discriminative în procesul de recepţie (faţa, mâna, buzele) şi care conţin un mare număr de receptori (Fig. 27).

Aria somestezică II, este localizată posterior şi inferior faţă de aria S I şi deasupra şanţului lateral Sylvius.

Fig. 27. Homunculus senzitiv la om

5.2.5. Sensibilitatea termică

La om, cele două calităţi ale termorecepţiei - de cald şi rece- sunt deservite de terminaţii nervoase libere: receptorii de rece sunt reprezentaţi prin fibre mielinizate, situate chiar sub stratul epitelial la adâncimea de circa 0,17 mm, iar cei de cald, prin fibre nemielinizate, situate mai

37

profund (circa 0,3 mm). Ei deservesc nu numai sensibilitatea termică conştientă, ci participă, alături de termoreceptori centrali, la termoreglare, livrând semnale termice centrilor termoreglatori hipotalamici.

Densitatea termoreceptorilor pentru rece este de circa 3- 10 ori mai mare comparativ cu cei de cald. Densitatea maximă a receptorilor de rece se află pe faţă. Regiunile păroase ale capului şi limba sunt puţin sensibile la cald.

Excitantul specific al termoreceptorilor este reprezentat de variaţia termică. Termoreceptorii nu înregistrează temperatura obiectelor ca atare (nu funcţionează ca nişte termometre), ci temperatura pielii la adâncimea la care sunt situaţi.

Senzaţia termică apărută depinde de : 1) temperatura iniţială a pielii; 2) viteza de schimbare a temperaturii: 3) mărimea zonei corporale excitate.

Termoreceptorii prezintă un mare grad de adaptabilitate, ceea ce explică variaţia în timp a senzaţiei termice după scufundarea sau ieşirea corpului din apă. Totuşi, deoarece ei nu se adaptează până la stingere, ci răspund într-o oarecare măsură şi la starea termică staţionară, senzaţia termică persistă, cu intensitate mai redusă, chiar după expuneri îndelungate la diferite temperaturi.

Calea de conducere a sensibilităţii termice este reprezentată prin fasciculele spinotalamice laterale, care proiectează în nucleii talamici specifici şi fasciculele spinoreticulate.

Segmentul central al analizatorului termic este localizat în aria somestezică corticală.

5.2.6. Sensibilitatea dureroasă

Durerea îndeplineşte o funcţie de protecţie specială, informând organismul asupra apariţiei în mediul lui de viaţă a unor agenţi care pot compromite integritatea şi capacitatea sa funcţională.

Sensibilitatea dureroasă (nociceptivă) poate fi subdivizată într-un număr de calităţi, în funcţie de locul de origine şi caracterul dureros (Fig. 28).

Fig. 28. Calităţile durerii, locul de origine şi câteva forme specifice de durere

5.2.6.1. Receptorii dureroşi (nociceptorii)

Histologic, nociceptorii sunt terminaţii nervoase libere formate din fibre mielinizate cu viteză de conducere de 11 m/s sau nemielinizate cu viteză de circa 1 m/s. Un stimul nociv generează o senzaţie dureroasă dublă: o durere rapidă, intensă şi mai bine localizabilă şi o durere lentă,cu caracter mai difuz, de arsură, care apare după o latenţă mai mare. Durerea rapidă este condusă prin fibre mai groase.

Densitatea receptorilor algici este foarte mare în tegument, ceea ce conferă o capacitate mare de localizare a senzaţiilor dureroase, spre deosebire de viscere unde densitatea este mai redusă.

Spre deosebire de alţi receptori, cei dureroşi nu se adaptează. De fapt, în multe cazuri, o dată cu prelungirea acţiunii agentului care a provocat durerea, sensibilitatea creşte, determinând ceea ce se numeşte hiperalgezie.

38

Excitantul receptorilor algici este reprezentat prin diferiţi stimuli (mecanici, termici,chimici) de intensitate mare. Aceşti excitanţi determină apariţia în zonele agresionate, a unor substanţe chimice (bradichinina, histamina, serotonina, enzime proteolitice etc), care excită terminaţiile nervoase.

Nociceptorii viscerali se excită prin distensia organelor cavitare, provocate, de exemplu, de ocluziile intestinale. Astfel, spasmul organelor determină durere, care uneori ia forma unor crampe, ce se repetă ritmic, datorită contracţiilor ritmice ale muşchilor netezi; leziunile chimice ale suprafeţei viscerale, ca în peritonite, provoacă durere. Durerea viscerală poate fi provocată de anoxie şi acumularea de cataboliţi în condiţiile hipoxiei ischemice viscerale. Există zone viscerale insensibile la durere cum ar fi parenchimul hepatic şi alveolele pulmonare. În schimb capsula hepatică şi canalele biliare sunt dotate cu receptori dureroşi. De asemenea, pleura parietală şi arborele bronşic sunt prevăzute cu receptori algici.

5.2.6.2. Căile de conducere şi segmentul central

Protoneuronul (primul neuron al căi de conducere) se află în ganglionul spinal sau în ganglionul senzitiv al nervului V. El secretă glutamatul şi substanţa P, care excită deutoneuronul. Cantitatea de neurotransmiţător eliberată depinde de activitatea neuronilor intercalari medulari, care prin encefalinele eliberate (pentapeptide cu acţiune mofinică), inhibă secreţia neurotransmiţătorilor din protoneuron. În acest mod, diminuă intensitatea senzaţiei dureroase. Activarea neuronilor inhibitori medulari encefalinergici (care secretă encefalină), depinde de fibrele serotoninergice, care pleacă din nucleul rafeului median din partea caudală a punţii şi partea rostrală a bulbului (Fig. 29).

Fig. 29. Căile sensibilităţii dureroase: NCL- nucleul cervical lateral

Majoritatea fibrelor deutoneuronilor spinali se încrucişează la nivelul comisurii anterioare şi pătrund în substanţa albă, formând fasciculul spinotalamic lateral, care va proiecta în nucleii talamici specifici. Alte fibre formează fasciculele spinoreticulate, prin care se transmit circa 9/10 din totalul semnalelor algice şi care fac multiple sinapse în formaţia reticulată a trunchiului cerebral, de unde proiectează în talamus, hipotalamus sau zone corticale.

Segmentul central al analizatorului dureros se află în aria somestezică şi în girusul cingulat anterior.

Calea durerii viscerale. Aceasta urmează calea nervilor vegetativi şi pătrunde în măduva spinării prin ramura comunicantă albă (Fig. 30). Din figură putem deduce şi modul cum apare durerea raportată, adică durerea produsă într-un viscer (inima) pe care o raportăm (simţim) în zone corporale externe (cutia toracică, omoplatul, braţul stâng). Aceasta se produce, printre altele,

39

deoarece protoneuronul căii vegetative sinapsează cu acelaşi deutoneuron medular, cu care sinapsează şi protoneuronul ce transmite durerea cutanată din acelaşi dermatom.

Aferenţele viscerale contribuie la formarea căilor polisinaptice ca sistem ascendent de proiecţie vegetativă. După numeroase sinapse la nivelul formaţiei reticulate, ajung în zona hipotalamusului de unde proiectează în diverse zone diencefalice şi corticale. Unii neuroni formează fasciculele spinotalamice laterale, care prin releu talamic ajung la scoarţa cerebrală. Proiecţiile vegetative corticale sunt rare, difuze şi în mod obişnuit nu devin conştiente. Numai în cazul activării masive ale aferenţelor vegetative, ele devin conştiente.

Fig. 30. Căile ce deservesc durerea raportată. Unele aferenţe algice din viscere fac sinapsă cu aceiaşi neuroni ai fasciculului spinotalamic lateral, în care se termină şi aferenţele dureroase cutanate

5.2.7. Sensibilitatea auditivă

Sensibilitatea acustică intră în categoria sensibilităţii mecanoreceptive, deoarece excitantul sonor este un excitant mecanic. Excitantul sonor este reprezentat prin undele sonore în limita frecvenţelor de 20- 20.000 Hz. Vibraţiile sonore sunt percepute prin analizatorul acustic ca sunete.

Fiziologic, sunetele se caracterizează prin tonalitate, determinată de frecvenţa oscilaţiilor, prin tărie,determinată de amplitudinea lor şi prin timbru, corespondentul spectrului sonor.

Urechea externă, reprezentată prin pavilion şi canalul auditiv extern, serveşte la captarea şi transmiterea undelor sonore la timpan, determinând vibrarea lui. Rolul fiziologic de bază al conductului auditiv extern este de a proteja membrana timpanului de lovituri mecanice şi de a menţine o temperatură şi umiditate favorabile.

Urechea medie este localizată între timpan şi ferestrele ovale şi rotunde (Fig. 31).

Fig. 31. Schema mişcărilor celor 3 oscioare auditive. Trompa lui Eustachio are rol în egalarea presiunilor pe cele două feţe ale timpanului. Ea se deschide în timpul deglutiţiei (după Martini, 2001)

40

Este o cavitate plină cu aer, care comunică cu exteriorul prin trompa lui Eustachio, ce se deschide în nasofaringe. Rolul trompei Eustachio constă în egalarea presiunii pe feţele timpanului. În urechea medie există un lanţ de trei oscioare, doi muşchi şi 5 ligamente.

Timpanul este o membrană conică cu vârful spre interior. El se sprijină pe două apofize ale ciocanului, căruia îi transmite vibraţiile sonore. Ciocanul le transmite nicovalei, cu care este articulat, iar aceasta scăriţei. Talpa scăriţei pătrunde în fereastra ovală pe care o etanşează cu ajutorul unui inel de fibre elastice. Cele trei oscioare formează între ele o pârghie de gradul I.

Funcţia de bază a urechii medii constă în cuplarea eficientă a mişcărilor aerului cu mediul apos din urechea internă. Pentru a determina vibraţia lichidului din urechea internă, care prezintă o inerţie mult mai mare, este necesară amplificarea intensităţii excitantului. Aceasta se realizează prin două mecanisme: 1) concentrarea de circa 13 ori a undelor sonore la nivelul ferestrei ovale, datorită suprafeţei mai mici a acesteia din urmă comparativ cu suprafaţa timpanului şi 2) sistemul de pârghii amplifică forţa de 1,3 ori. In felul acesta rezultă o creştere a intensităţii excitantului de circa 17 ori, care va acţiona asupra perilimfei din rampa vestibulară din urechea internă.

Când urechea internă transmite semnale sonore prea puternice, se contractă muşchiul timpanului, care trage spre interior mânerul ciocanului, iar contracţia muşchiului scăriţei (muşchiul stapedius) deplasează scăriţa spre exterior. Prin acest act de atenuare se poate reduce intensitatea sunetelor cu 30-40 decibeli. Acest mecanism intervine şi în adaptarea auzului la diferite intensităţi.

5.2.7.1. Anatomia funcţională a cohleei

Cohleea reprezintă un sistem de 3 tuburi răsucite de 2,5 ori în jurul unui ax central numit columelă (modiol). Cele 3 tuburi diferite, suprapuse, formează rampa vestibulară, rampa cohlează şi rampa timpanică: Rampa vestibulară este separată de rampa cohleară prin membrana vestibulară (Reissner), iar rampa timpanică este separată de cea cohleară prin membrana bazilară.

Pe suprafaţa membranei bazilare se află organul lui Corti,care conţine receptorul reprezentat prin celulele ciliate (Fig. 32).

Fig. 32. Structura cohleei şi a organului Corti (după Pocock şi Richards, 2006)

Membrana vestibulară este atât de subţire şi se deplasează atât de uşor încât nu opune nici o rezistenţă în calea treceri vibraţiilor acustice din rampa vestibulară în canalul cohlear. Rolul ei constă în separarea perilimfei din rampa vestibulară, care are o compoziţie egală cu a mediului extracelular, de endolimfa din canalul cohlear, în care compoziţia lichiului este egală cu cea a mediului intracelular (K+ mai mult decât Na+).

Capătul distal al rampei vestibulare şi rampei timpanice comunică prin helicotremă.

41

Membrana bazilară este formată din circa 20.000 fibre, care se proiectează din columelă spre peretele extern. Se prezintă sub forma unor fire de păr. Lungimea fibrelor creşte treptat de la baza cohleei (0,04 mm) spre vârf (0,5 mm), ceea ce reprezintă o creştere de 12 ori.

Luând în considerare structura membranei bazilare, Helmholz a emis teoria rezonanţei, conform căreia analiza tonalităţii sunetelor ar fi o funcţie primară a cohleei, deoarece fibrele membranei bazilare ar reprezenta o serie de rezonatori, iar zona în care fibrele sunt puse în vibraţie maximă, ca urmare a rezonanţei, ar constitui singura bază prin care creierul poate diferenţia tonalitatea. Însă membrana bazilară nu vibrează fragmentat în zonele de rezonanţă, ci în totalitatea ei, cu amplitudine diferită în funcţie de frecvenţa excitantului. Aceasta este teoria undei călătoare.

Transmiterea undei călătoare în cohlee. Efectul iniţial, produs de deplasarea scăriţei în cohlee, se exercită asupra porţiunii iniţiale a membranei, pe care o bombează în direcţia ferestrei rotunde (Fig. 33).

Fig. 33. Deplasarea coloanei de lichid prin cohlee, ca urmare a deplasării spre interior a scăriţei (după Guyton, 2006)

Această bombare generează o undă care călătoreşte în lungul membranei bazilare asemănător undei pulsului de-a lungul peretelui vascular. Fiecare undă are o amplitudine relativ mică la origine, dar devine maximă în zona membranei bazilare, care prezintă o frecvenţă de rezonanţă egală cu unda care a generat-o. În această zonă membrana bazilară oscilează înainte şi înapoi cu atâta uşurinţă, încât energia undei se dispersează. Ca urmare, unda dispare în acest punct şi nu se mai deplasează în restul membranei bazilare.

Funcţionarea organului Corti. Organul Corti, localizat pe membrana bazilară, conţine receptorul reprezentat printr-un rând intern de celule senzoriale, care numără în total circa 3.500 celule şi 3-4 rânduri de celule externe, având în total circa 12.000 celule senzoriale (Fig. 34).

Fig. 34. Stimularea celulelor senzoriale prin mişcarea înainte şi înapoi a cililor în membrana tectoria (după Purves, 2006)

42

Părţile superioare ale celulelor senzoriale sunt strâns legate prin lama reticulată. Această lamă este foarte rigidă şi se continuă cu pilierii tunelului Corti, care se sprijină pe fibrele membranei bazilare. Deci, fibrele membranei bazilare, pilierii şi lama reticulară, se deplasează ca o singură unitate. Deplasarea în sus a fibrelor membranei bazilare determină înclinarea stereocililor celulelor senzitive, care sunt inclavaţi în membrana tectoria, înclinare urmată de excitarea lor. La baza celulelor receptoare se găsesc dendritele neuronilor senzitivi din ganglionul Corti (spiral), localizat în columelă, care preiau mesajul, ce va fi transmis în continuare prin axonii neuronilor din ganglionul Corti. Axonii lor formează ramura acustică a nervului acusticovestibular (VIII).

Analiza tonalităţii sunetelor se realizează pe baza principiului locului, adică decelarea de către SNC a zonei membranei bazilare, de unde au plecat semnalele nervoase. După cum se observă în Fig. 35, la frecvenţele mari se excită receptorii de la baza membranei bazilare, iar la frecvenţe joase, receptorii de la vârful membranei bazilare, zone unde membrana bazilară oscilează cu amplitudine maximă.

Fig. 35. Analiza tonalităţii sunetelor

Analiza intensităţii sunetelor se realizează prin mecanismele descrise la proprietăţile generale ale receptorilor.

Tăria sunetelor se exprimă în decibeli (dB), care reprezintă 1/10 dintr-un bell. Zona de audibilitate este cuprinsă între 0-120 dB. Peste această valoare stimulul generează senzaţii dureroase.

Căile de conducere conţin cel puţin 4 neuroni putând ajunge până la 6 neuroni. Protoneuronul se află în ganglionul Corti, iar deutoneuronul, în nucleii cohleari dorsali şi ventrali. Ultimul neuron se află în corpii geniculaţi mediali, care proiectează în segmentul central, localizat în girusul temporal superior, dar se întinde şi deasupra lobului insulei şi în partea inferioară a operculului parietal. Fiecare organ Corti proiectează în ambii lobi temporali, predominând fibrele din partea contralaterală.

De pe căile acustice pleacă multe colaterale spre formaţia reticulată a trunchiului cerebral, prin excitarea căreia are loc activarea scoarţei cerebrale. În felul acesta putem explica efectul undelor sonore asupra reacţiei de trezire.

5.2.8. Organe de simţ pentru echilibru

Receptorii organului de echilibru se află în ampulele canalelor semicirculare şi în utriculă şi sacula aparatului vestibular (Fig. 36). Receptorii din utriculă şi saculă se numesc macule, iar cei din ampulele canalelor semicirculare, creste ampulare. Cele 3 canale semicirculare sunt orientate în cele 3 direcţii ale spaţiului, permiţând detectarea şi măsurarea acceleraţiei angulare în jurul oricărei axe din spaţiul tridimensional. Celulele senzoriale ale maculelor şi crestelor conţin prelungiri în zona polului apical sub formă de cili imobili, numiţi stereocili, aranjaţi în ordinea

43

lungimii crescânde în direcţia chinocilului, care este cel mai lung. Cilii pătrund într-o masă gelatinoasă secretată de celule de susţinere.Maculele conţin în masa gelatinoasă concreţiuni de carbonat de calciu, care formează otoliţii.

Fig. 36. Schema aparatului vestibular

Ambele tipuri de receptori se excită atunci când cilii se îndoaie în direcţia chinocilului, iar îndoirea în direcţia stereocililor determină inhibarea lor (Fig. 37). În stare de repaus prezintă activitate tonică.

Fig. 37a) evidenţierea la microscopul electronic a stereocililor şi chinocilului; b) celula senzorială în repaus;

c),d)- modul de răspuns a celulelor senzoriale (după Fox, 2001)

Celulele receptoare din macule au orientare în direcţii diferite, încât înclinarea capului în orice direcţie informează SNC referitor la : 1) poziţia capului în raport de forţa de gravitaţie; 2) acceleraţia liniară şi 3) într-o oarecare măsură asupra sensibilităţii vibratorii.

Detectarea acceleraţiei liniare prin receptorii din utriculă. Când corpul este deplasat brusc în faţă, otoliţii, care au inerţie mai mare, cad în spate pe perii senzitivi, ceea ce duce la informarea SNC despre pierderea echilibrului. Aceasta declanşează îndoirea în faţă a corpului, ceea ce atrage deplasarea în faţă a otoliţilor. Înclinarea corpului în faţă va continua până când va contracara tendinţa de deplasare în spate a otoliţilor, determinată de acceleraţia liniară. În acest moment, SNC detectează o stare de echilibru adecvat, care va stopa continuarea înclinării în faţă a corpului. Deci, maculele otolitice contribuie la menţinerea echilibrului corpului în timpul acceleraţiei liniare. Unele celule senzoriale din macule se excită şi din cauza forţei gravitaţionale, care acţionează ca excitant (Fig. 38).

44

Fig. 38. Schema maculei în cazul înclinării capului în două direcţii diferite (după Purves, 2006)

Detectarea acceleraţiei angulare prin crestele ampulare. Când capul este rotit brusc într-o direcţie, endolimfa din canalele semicirculare, datorită inerţiei, se va deplasa în direcţia inversă sensului de rotire. Deplasarea lichidului îndoaie cupula, urmată de îndoirea cililor şi excitarea celulelor senzoriale. Când rotirea continuă, endolimfa capătă aceeaşi viteză de deplasare cu a canalului, determinând revenirea cupulei în poziţia de repaus. La oprirea bruscă a rotirii, endolimfa va continua să se scurgă în direcţia rotirii, determinând îndoirea cupulei şi a cililor în sens invers, ceea ce inhibă excitarea celulelor senzoriale (Fig. 39). Deci, crestele ampulare detectează acceleraţia angulară (rotirea uniformă a corpului o dată cu Pământul, nu este sesizată de creste).Semnalele care pleacă de la creste permit SNC de a face corecţiile necesare, în vederea menţinerii echilibrului.

Fig. 39. Deplasarea cupulei în timpul acceleraţiei angulare (după Purves, 2006)

A

B

Fig. 40. Unele conexiuni ale receptorilor vestibulari. A- proiecţia nucleilor vestibulari prin fasciculul longitudinal median în nucleii oculomotori (II, IV, VI); B- proiecţia nucleilor vestibulari prin fasciculul vestibulospinal la

motoneuronii muşchilor extensori; la cerebel (după Purves, 2006)

45

Semnalele de la nivelul receptorilor vestibulari, sunt preluate de dendritele neuronilor senzitivi din ganglionul vestibular Scarpa, localizat în columelă, care vor proiecta în cei 4 nuclei vestibulari (Fig. 40). Din nucleii vestibulari ajung semnale la: 1) motoneuronii medulari, prin fasciculele vestibulospinale, motoneuroni ce controlează muşchii extensori ai membrelor; 2) la cerebel, care, alături de vestibular, are rol important în menţinerea echilibrului; 3) la nervii III,IV,VI, care controlează activitatea muşchilor globilor oculari, determinând mişcările nistagmice ale ochilor; 4) la hipotalamus (aceste semnale sunt implicate în apariţia răului de mişcare); 5) prin intermediul talamusului ajung în girusul postcentral din lobul parietal, care reprezintă segmentul central al analizatorului vestibular. La analiza poziţiei corpului în spaţiu, participă alături de analizatorul vestibular, proprioceptorii musculaturii gâtului şi a corpului, receptorii cutanaţi (tactili şi de presiune) şi analizatorul optic.

5.2.9. Analizatorul optic

Vederea are un rol deosebit de important prin cantitatea impresionantă de informaţii recepţionate din mediul extern, intervenind în cel mai mare grad în adaptarea organismului la mediul de viaţă, în orientarea spaţială, menţinerea echilibrului şi în activitatea generală a scoarţei cerebrale.

Analizatorul optic este alcătuit din ochi, la nivelul căruia se găsesc receptorii sensibili la undele electromagnetice cu lungime de 400 - 800 nm, căile de transmitere a informaţiilor optice şi segmentul central cortical.

Globul ocular este alcătuit din mai multe învelişuri, sistemul receptor şi un aparat optic.Globul ocular este format dintr-un perete alcătuit din trei tunici concentrice şi o cavitate în

care se află mediile transparente ale ochiului.

5.2.9.1. Mecanismul acomodării ochiului

Acomodarea ochiului reprezintă procesul care permite formarea pe retină a imaginilor clare a obiectelor aflate la diferite distanţe de ochi. Ea se realizează prin :1) modificarea puterii de refracţie a cristalinului; 2) modificarea diametrului pupilei şi 3) corecţia axelor vizuale ale ochilor în aşa fel încât cele 2 imagini formate în timpul vederii binoculare, să poată fi fuzionate.

Acomodarea cristalinului se realizează astfel: cristalinul este compus dintr-o capsulă foarte elastică (cristaloida), care înveleşte proteinele fibrilare vâscoase dar transparente. Când cristalinul este acomodat pentru vederea la distanţă, ligamentul suspensor (zonula Zinn), fixat de capsula cristalinului, este supus unor tensiuni generate de structurile elastice, în special de coroidă (Fig. 41).

Fig. 41. Acomodarea cristalinului.În partea dreaptă muşchii ciliari sunt contractaţi, determinând diminuarea tensiunii exercitate de coroidă asupra cristalinului. Ca urmare, cristalinul se bombează (acomodarea la aproape). În stânga, tensiunea exercitată de coroidă este mărită, iar cristalinul se acomodează (acomodarea la distanţă) (după Pocock şi Richards, 2006)

46

La locul de inserţie a ligamentului suspensor de corpul ciliar, se află muşchii ciliari radiari şi circulari. Când se contractă muşchii radiari, diminuă tensiunea exercitată asupra cristalinului, prin împingerea înainte a inserţiei ligamentului. Tracţiunea asupra cristalinului diminuă şi în urma contracţiei muşchilor ciliari radiari, ca urmare a diminuării diametrului de fixare a ligamentelor. Prin diminuarea tensiunii exercitate asupra cristalinului, el se bombează, în special pe partea sa anterioară, datorită elasticităţii capsulei. În timpul acomodării cristalinului, puterea lui de refracţie poate creşte la copil de la 9 -10 dioptrii , puterea unui cristalin neacomodat, la 20 dioptrii (D).

Reacţiile pupilare. În timpul acomodării, pupila se micşorează. În felul acesta se reduce aberaţia cromatică şi de sfericitate şi scade cantitatea de lumină care pătrunde în ochi (lumina care provine de la obiectele luminoase apropiate este mai mare ).

Scara acomodării reprezintă diferenţa între punctum remotum şi punctum proximum. Punctum remotum reprezintă distanţa maximă (circa 6 m) de unde începe procesul acomodării, iar punctum proximum reprezintă distanţa cea mai apropiată de ochi (între 7-40 cm în funcţie de vârstă), la care vederea mai este clară. Cu vârsta, punctum proximum se depărtează de ochi, încât la circa 60 de ani, un obiect pentru a putea fi focalizat pe retină trebuie să se afle la circa 1 m. Presbiţia sau presbiopia este termenul dat reduceri treptate a puterii de refracţie a cristalinului. Cristalinul la 50 ani îşi reduce puterea de acomodare la circa 2 D, iar la 70 de ani, la 0,5 D. Ca urmare, pentru a putea fi văzute clar obiectele apropiate sau depărtate, se cer ochelari adecvaţi fiecărei situaţii în parte.

Anomalii de refracţie sunt indicate în Fig. 42. Miopia se corijează cu ajutorul lentilelor divergente (-D), iar hipermetropia, cu ajutorul lentilelor convergente (+D). Astigmatismul este un defect de refracţie determinat, de regulă, de o neregularitate a curburii cristalinului pe meridianele sale (astigmatism de curbură) sau de inegalitatea indicelui de refracţie între diferite porţiuni ale cristalinului (astigmatism de indice). Se corijează cu ajutorul lentilelor cilindrice.

Fig. 42. Anomalii de refracţie:A- emetropia; B- miopia cauzată de creşterea puterii de refracţie a sistemului dioptric sau de alungirea globului ocular; C- hipermetropia cauzată de scăderea puterii de refracţie sau de scurtarea axului antero-posterior al ochiului.

5.2.9.2. Funcţia receptoare a retinei

Datorită prezenţei celulelor cu con şi bastonaş, retina funcţionează ca un fotoreceptor (Fig. 43). Sub acţiunea energiei luminoase în retină apar fenomenele retinomotoare, fotochimice şi bioelectrice.

Fenomenele retinomotoare se referă la mişcările stratului pigmentar şi a fotoreceptorilor. La lumină, stratul pigmentar coboară iar celulele cu bastonaş urcă în stratul pigmentar în timp ce celulele cu con se retrag din stratul pigmentar. La întuneric se produc fenomene inverse. Acest

47

mod de deplasare a structurilor retiniene, a contribuit la elaborarea teoriei duplicităţii vederii, conform căreia celulele cu con sunt fotoreceptori pentru vederea diurnă, cromatică (fotopică), iar celulele cu bastonaş sunt fotoreceptori pentru vederea nocturnă (scotopică).

Fig. 43. Structura retinei (după Fox, 2001)

Fenomene fotochimice. Rodopsina-pigmentul vizual cantonat în segmentul extern al celulelor cu bastonaş, constă dintr-o grupare prostetică-retinen şi un complex lipoproteic-scotopsina (opsina). Absorbţia luminii izomerizează retinenul transformând forma cis în forma trans cu formarea lumirodopsinei (Fig. 44).

Fig. 44. Ciclul rodopsinei. Cifrele indică lungimea de undă la care se obţine absorbţia maximă

48

Lumirodopsina este convertită spontan în metarodopsină, care este apoi hidrolizată în retinen trans- şi scotopsină.In aceste reacţii acţiunea luminii se rezumă la izomerizarea retinenului din forma cis în forma trans- , acompaniată de excitarea receptorului. Când lumina nu mai acţionează, are loc regenerarea rodopsinei, care urmează o cale inversă. Are loc convertirea retinenului în forma cis sub acţiunea retinenizomerazei, care se combină spontan cu scotopsina, formând rodopsina. Majoritatea cis retinenului se formează prin oxidarea vitaminei A, depozitată în ficat, stratul pigmentar al retinei sau chiar în fotoreceptor. Când toată scotopsina s-a combinat cu retinenul, are loc sistarea oxidării vitaminei A. Lipsa vitaminei A determină hemeralopia, adică imposibilitatea de a vedea noaptea.

La nivelul conurilor, fotopigmentul este reprezentat prin fotopsină (conopsină) şi retinen. În diferite conuri au fost descoperiţi trei tipuri de fotopigmenţi: eritrolabul, sensibil la lumina roşie, clorolabul, sensibil la lumina verde şi cianolabul, care prezintă maximum de absorbţie a luminii albastre. Prezenţa celor trei tipuri de fotopigmenţi în conuri diferite, permite explicarea mecanismului vederii cromatice.

Fenomenele fotochimice, generează fenomene bioelectrice, care vor duce în final la apariţia potenţialelor de acţiune tocmai în celulele ganglionare.

Adaptarea la lumină şi întuneric. Adaptarea la întuneric este însoţită de următoarele modificări: creşterea concentraţiei rodopsinei, mărirea pupilei, unele modificări structurale şi o deplasare a reacţiei de la acid spre bazic. Diametrul pupilei, de la circa 2 mm poate ajunge la 8 mm, determinând creşterea cantităţii de lumină ce pătrunde în ochi.

Adaptarea la lumină. Ochiul adaptat la întuneric este orbit chiar de o lumină slabă, dar în 15 - 60 s se produce adaptarea, timp în care au loc fenomene inverse celor petrecute la întuneric. Dacă luăm în considerare limitele extreme ale adaptării la lumină şi întuneric, rezultă o modificare a sensibilităţii retinei de 500.000 - 1.000.000 ori.

Vederea colorată. Au fost propuse mai multe teorii în vederea explicării vederii colorate. Toate se bazează pe constatarea că ochiul uman poate percepe orice culoare, dacă se amestecă în proporţii adecvate culorile primare (roşu, verde şi albastru).

Teoria tricromatică a lui Young-Helmholtz admite existenţa la nivelul retinei a 3 tipuri diferite de conuri, fiecare având un anume fotopigment cu maximum de absorbţie a luminii de o anumită lungime de undă. După cum rezultă din Fig. 45, lumina monocromatică cu lungimea de undă de 580 nm excită în cel mai mare grad conurile pentru roşu (99%), dar şi conurile pentru verde în proporţie de 42% , iar conurile pentru albastru nu sunt excitate (0%). SNC interpretează acest set de excitare (99:42:0) ca o senzaţie de oranj. Senzaţia de albastru se obţine atunci când raporturile de excitare sunt de 0:0:97 etc. Dacă cele trei tipuri de conuri sunt excitate în aceeaşi proporţie, apare senzaţia de culoare albă.

Fig. 45. Gradul de excitare a 3 tipuri diferite de conuri (după Fox, 2001)

Lipsa unuia sau a tuturor pigmenţilor pentru vederea colorată, determină anomalii de vedere cromatică. Lipsa conurilor pentru roşu determină protanopia, a celor pentru verde-deuteranopia, iar pentru albastru- tritanopia; acromatopsia se caracterizează prin lipsa totală a vederii cromatice.

49

5.2.9.3. Proiecţia retinei în SNC

Protoneuronul căii optice este reprezentat de celulele bipolare, care sinapsează cu deutoneuronul reprezentat prin celulele multipolare. Axonii neuronilor multipolari părăsesc globul ocular prin pata oarbă şi pătrund în cavitatea craniană formând nervul optic. La nivelul chiasmei optice are loc încrucişarea fibrelor nervului optic, care provin din retina nazală (internă) şi care se alătură fibrelor nervului optic provenite din partea temporală a retinei, formând tractul optic. După sinapsă în corpii geniculaţi laterali, semnalele optice sunt conduse prin radiaţia optică în segmentul central al analizatorului, localizat în lobul occipital, în special de o parte şi alta a scizurii calcarine (Fig. 46).

Fig. 46. Căile optice

5.2.10. Sensibilitatea gustativă

Sensibilitatea gustativă face parte din sensibilitate chimică, deoarece excitantul este reprezentat prin substanţe chimice. Pentru ca o substanţă să producă o senzaţie gustativă, ea trebuie să fie solvită. O substanţă introdusă într-o gură perfect uscată, este insipidă. De aceea receptorii gustativi se găsesc la om numai în zone umede.

Receptorii sunt reprezentaţi prin muguri gustativi, localizaţi pe papilele gustative caliciforme, fungiforme şi foliacee. Papilele filiforme, care sunt cele mai numeroase, nu conţin receptori gustativi. La om, un număr redus de receptori gustativi se găsesc şi în zona palatului moale, faringe, epiglotă şi chiar în partea superioară a esofagului.

Mugurele gustativ este format din circa 20 celule gustative, printre care se găsesc celulele de susţinere şi bazale (Fig. 47). Celulele senzoriale sunt continuu reînnoite după circa 10 zile, prin activitatea celulelor bazale.

Celulele senzoriale prezintă la polul apical microvilozităţi, care pătrund prin porul gustativ în cavitatea bucală. Pe suprafaţa lor se găsesc receptori pentru substanţele sapide. Fiecare celulă senzorială este înconjurată de circa 50 fibre nervoase ce reprezintă dendritele neuronilor senzitivi din ganglionul facialului pentru cele 2/3 anterioare ale limbii şi ale neuronilor din ganglionul glosofaringianului pentru zona papilelor circumvalate. Din zona posterioară a limbii, faringe şi esofag, semnalele gustative sunt transmise prin nervul vag.

50

Fig. 47. Distribuţia papilelor gustative, harta câmpurilor gustative (a), (b) şi anatomia mugurelui gustativ (c) (după Purves, 2004)

Senzaţiile gustative primare. Pe baza testelor psihologice şi neurofiziologice au fost identificate 13 tipuri diferite de receptori gustativi. Din punct de vedere practic se consideră că există numai 4 senzaţii gustative primare: dulce, sărat, acru şi amar. Mai există o senzaţie gustativă primară numită umami (termen japonez pentru delicios, ce se referă la savoarea gustului, determinată de glutamatul monosodic şi alţi aminoacizi). Cele câteva sute de gusturi diferite, care pot fi recepţionate de un subiect, rezultă din combinarea acestor senzaţii primare, cu semnalele termice, tactile, dureroase, olfactive etc. De exemplu, dacă excludem acţiunea receptorilor olfactivi, nu putem diferenţia gustul dat de un măr de cel generat de o ceapă.

Gustul acid este determinat de acţiunea acizilor asupra receptorilor gustativi. Acidul boric este insipid.

Gustul sărat este determinat, în special, de acţiunea cationilor din cadrul unei substanţe.Gustul dulce poate fi generat de glucide, alcooli, aldehide,cetone,amide, esteri, acizi

aminici, acizi halogenaţi sau de unele săruri anorganice, cum ar fi clorura de beriliu.Gustul amar este generat de alcaloizi: chinina, nicotina, cofeina, stricnina etc dar şi de

MgSO4.Specificitatea mugurilor gustativi. De regulă, mugurii gustativi răspund la o singură

categorie de substanţe, dar în cazul substanţelor sapide în concentraţie mare, pot răspunde la toate cele 4 categorii de substanţe, sau chiar la substanţe care nu aparţin celor 4 categorii, indicate mai sus.

Căile de conducere ale sensibilităţii gustative sunt reprezentate prin nervii VII, IX, X, care proiectează în nucleul tractului solitar bulbar (Fig. 48).

Fig. 48. Căile gustative şi proiecţia lor corticală (după Purves, 2004)

51

Axonii deutoneuronilor bulbari, după încrucişare, proiectează într-un nucleu talamic specific, iar de aici, în segmentul central localizat în girusul postcentral în zona de unire a parietalei ascendente cu lobul insulei.

Sub acţiunea unui stimul gustativ, se produce adaptarea mai rapidă pentru substanţe sărate şi dulci.

Preferinţele alimentare ale animalelor se schimbă în funcţie de necesităţile organismului în anumite substanţe. De exemplu, un animal aflat în hipoglicemie, va prefera substanţele dulci. Preferinţa este dictată de SNC şi nu de receptor.

5.2.11. Sensibilitatea olfactivă

Receptorii sensibilităţii olfactive sunt reprezentaţi prin neuroni bipolari. Ei sunt localizaţi în membrana olfactivă, care acoperă suprafaţa septului nazal din dreptul cornetului nazal superior iar lateral căptuşeşte cornetul nazal superior şi o mică parte din cel mijlociu, ocupând în fiecare fosă nazală o suprafaţă de circa 240 mm2. Există circa 100 milioane de celule olfactive printre care se găsesc celule de susţinere şi celule bazale, ultimele înlocuiesc celulele olfactive (Fig. 49).

Fig. 49. Structura epiteliului olfactiv (după Fox, 2001)

Cilii celulelor olfactive pătrund în stratul de mucus secretat de glandele Bowman. În timpul respiraţiei normale curentul de aer nu trece prin zona membranei olfactive, substanţele odorante ajungând la acest nivel prin difuzie. În timpul adulmecării jetul de aer trece prin această zonă receptoare.

Substanţa odorantă interacţionează cu receptorii de pe dendritele neuronilor bipolari din membrana olfactivă generând un potenţial de receptor, care poate fi înregistrat sub forma unei electroolfactograme.

Senzaţiile olfactive. Se consideră că cele circa 2000 - 4000 de mirosuri diferite, pe care le poate simţi un om, rezultă din excitarea unui număr mai redus de receptori diferiţi (circa 100- 1000 senzaţii olfactive primare), ceea ce contrastează, de exemplu, cu numai 3 tipuri de conuri ,prin intervenţia cărora pot apare diferite nuanţe de culori. Pe căile de conducere, fiecare tip diferit de semnal olfactiv, modifică frecvenţa şi gruparea semnalele electrice, prin care SNC poate diferenţia mirosul.

Sensibilitatea olfactivă este mai mare la femei comparativ cu bărbaţi şi creşte în perioada ovulaţiei şi în special în cursul sarcinii. La bătrâni mirosul diminuă.

Adaptarea. Sensibilitatea olfactivă se adaptează până la stingere în interval de câteva minute. Adaptarea se realizează prin intervenţia SNC.

Căile olfactive. Axonii celulelor olfactive, care formează nervul olfactiv, străbat lama ciuruită a etmoidului şi sinapsează în bulbul olfactiv cu celulele mitrale şi viloase (Fig. 49). Axonii acestor neuroni formează tractul olfactiv, care proiectează în 5 zone diferite ale scoarţei olfactive, din care enunţăm: 1) aria olfactivă mediană, localizată anterior hipotalamusului, care deserveşte

52

reflexele olfactive de bază, cum ar fi salivarea declanşată de un anume miros; 2) aria olfactivă laterală, compusă din cortexul prepiriform, piriform şi nucleul amigdalian cortical, care prezintă legături cu hipocampul, structură nervoasă intens implicată in procesele de învăţare şi memorie. Prin intermediul acestei căi animalul şi omul poate exercita un control învăţat asupra calităţii alimentelor şi repulsia faţă de anumite alimente care i-au pricinuit neplăceri; 3) calea care trece prin nucleul dorsomedial talamic şi proiectează în zona lateroposterioară a scoarţei orbitofrontale. Această zonă este implicată în analiza conştientă a senzaţiilor olfactive.

Importanţa biologică a mirosului. La multe animale mirosul joacă un rol important în căutarea hranei. Puii mamiferelor găsesc mamelele după mirosul de lapte. Mirosul alimentelor declanşează secreţiile digestive. El ajută la controlul calităţii alimentelor şi a aerului. De asemenea, are rol important în declanşarea reflexelor sexuale., iar la multe specii, în declanşarea unor reacţii reflexe de apărare şi în marcarea teritoriului.

Întrebări de controlCare sunt proprietăţile generale ale receptorilor? Cum explicaţi codificare intensităţii

stimulilor? Ce este un analizator? Unde este localizată aria somestezică? Care sunt principalele tipuri de receptori tactili? Cine reglează sensibilitatea tactilă? Care este excitantul specific al sensibilităţii termice? Prin ce fascicule sunt conduse semnalele termice? Cine influenţează intensitatea senzaţiilor termice? Care este excitantul specific al sensibilităţii dureroase? Clasificaţi durerea. Care este funcţia organului Corti? Care sunt părţile componente ale analizatorului optic? Explicaţi proiecţia retinei în scoarţa cerebrală. Care sunt receptorii sensibilităţii gustative şi căile de conducere ale sensibilităţii gustative?

53

CAPITOLUL 6

FUNCŢIILE DE NUTRIŢIE

6.1. FIZIOLOGIA DIGESTIEI

Digestia reprezintă totalitatea fenomenelor mecanice, chimice şi fizico-chimice care asigură ingestia (alimentaţia), prelucrarea mecanică şi dezintegrarea enzimatică a alimentelor complexe în principii alimentare simple numite nutrimente (digestia), care vor fi transferate ulterior ţesuturilor (absorbţia) în vederea utilizării lor în scop plastic, energetic şi funcţional.

La om, fiecare segment al tubului digestiv este adaptat exercitării unei anumite funcţii, precum: 1) amestecarea, transportul şi depozitarea conţinutului digestiv; 2) secreţia sucurilor digestive; 3) digestia alimentelor; şi 4) absorbţia principiilor alimentare.

Pentru a asigura aprovizionarea continuă a organismului cu apă, vitamine, electroliţi şi nutrimente, toate acestea trebuie să tranziteze tubul digestiv cu o viteză care să fie suficient de lentă pentru a putea avea loc digestia şi absorbţia, dar, în acelaşi timp, să fie suficient de rapidă, pentru a putea aproviziona organismul cu nutrimentele necesare.

6.1.1. Funcţia secretorie a tubului digestiv

6.1.1.1. Secreţia salivară

Saliva. Aproximativ 1500 ml de salivă sunt secretaţi zilnic la om de către glandele salivare, în timp ce la cal 40-45 l, iar la bovine de la 50 până la 200 litri. Densitatea salivei variază între 1,003-1,008, iar pH-ul între 6-7,4.

Ea îndeplineşte o serie de funcţii precum: asigură lubrifierea bolului alimentar, stimulează deglutiţia, facilitează vorbirea şi conţine enzime (α-amilaza - ptialina) care iniţiază procesul de digestie. Saliva dizolvă diferite substanţe ale alimentelor ingerate care vor stimula receptorii gustativi. Saliva mai conţine IgA şi lizozim cu acţiune bactericidă. Acţiunea bacteriostatică a salivei contribuie semnificativ la realizarea confortului oral şi reduce riscul apariţiilor infecţiilor la nivelul cavităţii bucale. La subiecţii cu disfuncţii ale glandelor salivare sau la care secreţia salivară a fost inhibată prin medicamentaţie sau iradiere, există o predispoziţie la apariţia cariilor dentare şi a infecţiilor mucoasei bucale. Această stare este cunoscută sub denumirea de xerostomie.

Saliva reprezintă produsul de secreţie a celor 3 perechi de glande salivare (parotide, submandibulare şi sublinguale), precum şi a numeroaselor glande de la nivelul palatului, limbii şi buzelor. Glandele salivare majore sunt inervare de fibre simpatice şi parasimpatice. Fibrele simpatice noradrenergice provenite din ganglionul cervical superior se distribuie atât vaselor sanguine cât şi acinilor glandulari. Fibrele parasimpatice preganglionare se alătură nervilor VII şi IX şi vor sinapsa cu neuronii postganglionari din vecinătatea glandelor salivare.

Reglarea secreţiei salivare. Rata secreţiei salivare este controlată pe cale reflexă prin intermediul sistemului nervos vegetativ. Rata de secreţie a salivei este de aproximativ 0,5 ml/min. În timpul stimulării maxime a glandelor salivare, rata de secreţie poate ajunge la 7 ml/min.

Receptorii din cavitatea bucală, faringe şi aria olfactivă primesc informaţii despre prezenţa alimentelor în gură, gustul şi mirosul acestora şi transmit informaţii nucleilor salivatori situaţi în bulb. Bulbul primeşte informaţii stimulatoare sau inhibitoare din hipotalamus şi cortexul cerebral, zone responsabile de perceperea gustului şi a mirosului. Reflexul salivaţiei este controlat de fibre eferente parasimpatice cu origine în nucleii salivatori.

Stimularea parasimpaticului determină o secreţie abundentă de salivă, bogată în amilază şi mucină. Stimularea simpaticului determină o secreţia bogată în amilază. De asemenea, se reduce irigaţia sanguină ca urmare a efectelor vasoconstrictoare, având ca rezultat diminuarea secreţiei salivare. Astfel, gura uscată este o caracteristică a răspunsului simpatic la frică şi stres.

Acţiunea digestivă a salivei. Principala enzimă din salivă este amilaza salivară (ptialina), depozitată în granulele de zimogen, în celulele seroase ale acinilor salivari. Ea degradează polizaharidele complexe, precum amidonul şi glicogenul, până la stadiul de maltoză, maltotrioză şi dextrine, acţionând optim la un pH 6,9. Acţiunea amilazei salivare se continuă în stomac timp de aproximativ jumătate de oră, până la acidifierea bolului alimentar.

54

6.1.1.2. Secreţia esofagului

Esofagul secretă numai substanţe mucoase, care protejează mucoasa esofagului în timpul trecerii alimentelor şi împiedică acţiunea sucului gastric, refluat în esofag, asupra pereţilor acestuia. Cu toate că există această protecţie, unori se poate instala un ulcer peptic la extremitatea gastrică a esofagului.

6.1.1.3 Secreţia stomacului

Produsul de secreţie al glandelor gastrice este sucul gastric. El conţine săruri, apă, HCl, pepsinogen şi factorul intrinsec. Compoziţia chimică şi rata de secreţie a sucului gastric este determinată de activitatea diferitelor tipuri de glande gastrice şi variază în funcţie de tipul de alimente ingerate. În 24 de ore, la om se secretă 2-3 litri de suc gastric, cantitate care variază funcţie de tipul de alimentaţie.

Secreţia HCl. pH-ul sucului gastric este foarte scăzut (pH 1-3). Deşi HCl nu este esenţial pentru

desfăşurarea proceselor digestive, aciditatea creată de acesta intervine în următoarele procese:1. degradarea ţesuturilor şi a fibrelor musculare ale alimentelor ingerate2. activează pepsinogenul inactiv în forma activă de pepsină3. asigură condiţiile optime de acţiune a pepsinei4. asigură absorbţia calciului şi a fierului5. are acţiune antiseptică6. împiedică fermentaţia şi putrefacţia7. transformă Fe3+ în Fe2+ şi stimulează secreţia secretinei la nivelul duodenului.HCl este secretat de către celulele parietale ale glandelor gastrice, predominante la nivelul

fundului şi corpului stomacal. Majoritatea acestor celule secretă HCl numai după stimularea lor de către alimentele ingerate. Citoplasma celulelor nestimulate prezintă structuri tubulare ramificate ale reticulului endoplasmic. Acestea prezintă microvilozităţi, ce vor secreta ionii de hidrogen. În momentul în care celulele parietale sunt stimulate de alimentele ingerate, structurile tubulare fuzionează şi formează invaginaţii cunoscute sub denumirea de canalicule secretoare. Formarea acestora determină mărirea suprafeţei membranei celulelor parietale concomitent cu creşterea numărului pompelor de hidrogen în apropierea lichidului luminal. Ionii H+ şi Cl- sunt transportaţi activ. Cl- este transportat din plasmă în lumen împotriva gradientului electrochimic. Procesul de formare a HCl necesită o cantitate mare de energie furnizată de mitocondriile din celulele parietale.

Substanţele organice. Secreţia HCl este acompaniată de eliberarea enzimelor proteolitice de către celulele principale ale glandelor gastrice. Toate enzimele proteolitice sunt reprezentate de pepsină.

Pepsina este principala enzimă a sucului gastric. Este secretată sub formă inactivă de pepsinogen (toate proteazele se secretă sub formă inactivă, pentru a se evita digestia celulelor care le-au generat). În mediul acid din stomac, pepsinogenul este convertit în forma activă – pepsina – care îşi manifestă acţiunea proteolitică la un pH mai mic de 3. Pepsinele gastice sunt endopeptidaze, ce hidrolizează legăturile peptidice dintre aminoacizii aromatici şi un alt aminoacid, rezultând polipeptide şi un număr variabil de aminoacizi.

Catepsina este o enzimă proteolitică care participă la digestia proteinelor numai la sugar, unde aciditatea sucului gastric este mai redusă; s-a constat că reprezintă un fragment de pepsinogen.

Labfermentul (presură sau renina gastrică) produce coagularea laptelui prin precipitarea cazeinogenului solubil în cazeină şi paracazeină, care în prezenţa calciului, se transformă în paracazeinat de calciu. La omul adult se găseşte în cantitate redusă şi acţionează la un pH optim de 4,5-5,5. În prezent, existenţa enzimei este contestată atât la sugar, cât şi la adult, toate enzimele proteolitice gastrice având capacitatea de a coagula laptele.

Deşi digestia lipidelor de către stomac este probabil neglijabilă, glandele gastrice secretă lipaza gastrică care este stabilă la un pH foarte mic al sucului gastric. Ea este activă la un pH 4-7 şi acţionează asupra lipidelor fin emulsionate din lapte şi gălbenuşul de ou. De aceea, probabil că este mai importantă la copii decât la adulţi.

Gelatinaza scindează gelatina, o proteină componentă a ţesutului conjunctiv. Sucul gastric conţine şi lizozim – enzimă bactericidă identică cu cea salivară.

55

Factorul intrinsec este o glicoproteină secretată de celulele parietale alături de HCl, fiind esenţial pentru viaţă. Se leagă de vitamina B12 (cobalamina) în duoden şi o protejează de acţiunea enzimelor. Complexul factor intrinsec-vitamina B12 este absorbit prin mucoasa ileonului. Vitamina B12 intervine în formarea hematiilor, iar în absenţa ei apare anemia pernicioasă.

Mucina este secretată sub formă de gel de către celulele caliciforme care căptuşesc mucoasa gastrică, de glandele cardiale şi de celulele mucoase ale gâtului glandelor fundice. Suprafaţa stomacului este acoperită cu un strat de mucus cu o grosime de 5-200 µm, care exercită atât o protecţie mecanică, cât şi chimică a mucoasei gastrice, prin fixarea şi neutralizarea HCl şi inactivarea pepsinei, care difuzează în stratul de mucus, datorită pH-ului ridicat al mucinei.

Reglarea secreţiei gastrice. Secreţia HCl precum şi a pepsinogenului de către glandele mucoasei gastrice se supune controlului nervos şi umoral. Controlul secreţiei gastrice a fost divizat în trei faze: cefalică, gastrică şi intestinală.

1. Faza cefalică are loc sub acţiunea stimulilor iniţiaţi de contactul alimentelor cu mucoasa bucală, miros şi gust. Contribuţia fazei cefalice în controlul secreţiei gastrice este de aproximativ 30%. Semnalele nervoase provenite din cortexul cerebral, amigdală şi hipotalamus ajung la stomac prin fibrele eferente ale căror corpi neuronali se află în nucleii motori dorsali ai vagului.

Activitatea parasimpatică vagală influenţează direct sau indirect secreţia gastrică. Secreţia gastrică este stimulată de către fibrele parasimpatice postganglionare din plexurile mienterice. Stimularea vagală determină eliberarea gastrinei din celulele G ale glandelor antrale. Gastrina va stimula secreţia HCl şi a pepsinogenului. Mai mult, activitatea vagală şi gastrina vor stimula secreţia histaminei din mastocite. Histamina acţionează asupra celulelor parietale prin intermediul receptorilor H2 şi stimulează secreţia ionilor de H+. Astfel, acetilcolina, gastrina şi histamina vor stimula secreţia sucului gastric.

2 Faza gastrică este determinată de prezenţa alimentelor în stomac, stimulându-se secreţia HCl, pepsinogenului şi a mucinei. În această fază se secretă aproximativ 60% din volumul total al sucului gastric. Faza gastrică este declanşată de distensia peretelui stomacal şi de compoziţia chimică a alimentelor ingerate.

Distensia stomacului activează mecanoreceptorii şi iniţiază reflexe mienterice locale şi reflexe vago-vagale. Acestor reflexe li se adaugă secreţia acetilcolinei care va stimula secreţia sucului gastric. Stresul emoţional, frica, anxietatea vor activa simpaticul având ca rezultat inhibarea secreţiei gastrice. Stimularea vagală, ca răspuns al distensiei stomacului, va determina secreţia gastrinei. Gastrina va stimula secreţia HCl, enzimelor şi a mucinei. Deşi produşii de digestie proteică nu influenţează rata secreţiei gastrice, peptidele şi aminoacizii (triptofan) vor stimula secreţia gastrică prin acţiune directă asupra celulelor G.

Secreţia gastrinei este inhibată la un pH al sucului gastric cuprins între 2-3. Secreţia gastrinei este maximă imediat după ce alimentele ajung în stomac, şi scade pe măsura scăderii pH-ului sucului gastric. Inhibarea secreţiei gastrinei este mediată de creşterea secreţiei somatostatinei.

3. Faza intestinală a secreţiei gastrice reprezintă aproximativ 5% din totalul secreţiei gastrice. Efectul gastrosecretor s-ar putea datora, gastrinei intestinale, motilinei şi bombeznei. Odată cu pătrunderea chimului gastric în duoden se iniţiază reflexul enterogastric care determină inhibarea secreţiei gastrice. La realizarea acestui reflex participă o serie de hormoni.

Secretina este secretată de mucoasa duodenală ca răspuns la aciditatea chimului gastric. La nivelul stomacului va inhiba eliberarea gastrinei. De asemenea, va acţiona asupra celulelor parietale reducându-le sensibilitatea la gastrină.

Colecistochinina (CCK) şi peptidul inhibitor gastric (denumit şi peptidul insulinotropic glucozo-dependent) (GIP) sunt eliberaţi ca răspuns al preezenţei produşilor de digestie lipidică în duoden şi jejunul proximal. Aceşti doi hormoni vor inhiba eliberarea gastrinei şi a HCl, deşi rolul lor nu este pe deplin cunoscut.

6.1.1.4. Secreţia pancreatică

Sucul pancreatic, secretat de pancreasul exocrin, într-un volum zilnic de 1500 ml prezintă o componentă apoasă bogată în bicarbonaţi cu un pH de aproximativ 8. Împreună cu secreţiile intestinale, asigură neutralizarea chimului acid ajuns în duoden. Componenta enzimatică este reprezentată de enzime care acţionează asupra celor 3 tipuri principale de substanţe: proteine, glucide şi lipide.

56

Componenta apoasă este uşor hipertonică. Este bogată în bicarbonat, având concentraţia Na+ şi a K+ similară cu cea din plasmă.

Ionii de H+ sunt transportaţi la exteriorul celulei în lichidul interstiţial şi apoi în plasmă la schimb ionic cu Na+ şi K+. Anionul bicarbonic este transportat la exterior în lumen intestinal la schimb ionic cu ionii de Cl-. Ionii de Na+ difuzează din lichidul interstiţial în lumenul intestinal prin intermediul căilor paracelulare în vederea menţinerii electroneutralităţii. Apa urmează gradientul osmotic, deplasându-se transcelular sau paracelular în lumenul intestinal.

Secreţia componentei apoase a sucului pancreatic se pare că este reglată de AMPc, a cărui secreţie se intensifică în momentul deschiderii canalelor de Cl-. De asemenea, stimulează activitatea pompelor de H+ la nivelul membranei bazolaterale.

Componenta enzimatică. În compoziţia sucului pancreatic se găsesc enzime proteolitice, amilolitice şi agenţi lipolitici, precum şi alte enzime ca: ribonucleaze, deoxiribonucleaze, şi elastaze.

1. Enzimele proteolitice. Sunt reprezentate de tripsină, numeroase chimotripsine şi carboxipeptidaze care sunt depozitate în celulele acinilor pancreatici sub formă de granule de zimogen. Ele sunt secretate sub formă inactivă (tripsinogen, chimotripsinogen şi procarboxipeptidaze) şi activate în lumenul intestinului subţire. În acest fel se evită autodigestia pancreasului.

Activarea tripsinogenului poate avea loc spontan, ca răspuns la mediul alcalin al intestinului subţire, sau ca răspuns la enteropeptidaze.

Chimotripsinogenul este activat de tripsină. Tripsina şi chimotripsina sunt endopolipeptidaze care hidrolizează legăturile peptidice

rezultând aminoacizi şi polipeptide de mărimi variate. Carboxipeptidazele (activate de tripsină), elastaza şi aminopeptidazele digeră lanţurile

polipeptidice eliberându-se peptide mici şi aminoacizi. Este important de subliniat faptul că tripsinogenul nu este activat în celulele acinilor

pancreatici. Activarea este în mod normal, inhibată de menţinerea unui mediu acid în granulele de zimogen (probabil prin acţiunea pompei de H+) sau prin prezenţa inhibitorului tripsinei în sucul pancreatic. Inhibitorul tripsinei se cuplează cu tripsina activă şi va forma un complex inactiv.

Pancreatita necrozantă acută este considerată a fi rezultatul „evadării” enzimelor pancreatice activate din celulele acinare în ţesuturile înconjurătoare. Mai poate fi cauzată de refluxul bilei în pancreas sau alcoolismului.

Amilaza pancreatică. Amilaza salivară iniţiază digestia glucidelor în cavitatea bucală şi posibil în stomac, în timp ce amilaza pancreatică este responsabilă de digestia glucidelor în duoden. Această enzimă este secretată sub formă activă şi este stabilă la un pH 4-11, deşi pH-ul optim este de 6,9. La fel ca şi amilaza salivară, ea scindează legăturile α ± -1,4-glicozidice, ale amidonului crud şi fiert. În 10 minute de la pătrunderea în intestinul subţire, amidonul este degradat în oligozaharide, în maltoză şi maltrioză. Dizaharidazele marginii în perie ale intestinului subţire hidrolizează maltoza şi maltrioza în glucoză. În anumite condiţii patologice, incluzând pancreatitele acute, concentraţia sanguină a amilazei pancreatice creşte, din care cauză determinarea ei prezintă importanţă în diagnosticarea bolii.

2. Enzimele lipolitice. Sucul pancreatic conţine o serie de lipaze, secretate sub formă de zimogen inactiv, dintre care cele mai importante sunt colipaza, colesterolesteraza, şi fosfolipaza A2. Acestea sunt activate în duoden de către tripsină.

Lipaza pancreatică (triacilglicerol hidrolaza) este probabil secretată în formă activă. Ea hidrolizează trigliceridele insolubile în acizi graşi şi monogliceride.

Colipaza are rolul de a ancora lipaza pe triacilglicerolii din emulsii care în prezenţa sărurilor biliare formează un complex în raportul molar 1:1 şi, de asemenea, colipaza protejează lipaza împotriva denaturării.

Fosfolipaza A2 scindează fosfolipidele în acizi graşi şi lizolecitină. Reglarea secreţiei pancreatice. Secreţia sucului pancreatic este controlată atât pe cale

nervoasă, cât şi umorală, reglajul nervos având un rol secundar comparativ cu cel umoral. Similar secreţiei gastrice, controlul secreţiei pancreatice a fost divizat în trei faze: cefalică, gastrică şi intestinală.

Faza cefalică este sub control nervos, în timp ce fazele gastrică şi intestinală sunt controlate în principal pe cale umorală.

57

1. Faza cefalică. Celulele acinare, musculatura netedă a vaselor sanguine şi intestinului subţire sunt inervate de fibre eferente parasimpatice vagale. Stimularea lor determină eliberarea granulelor de zimogen din celulele acinare în intestinul subţire şi intensificarea irigaţiei sanguine. Vasele sanguine sunt inervate şi de fibre simpatice vasoconstrictoare care determină diminuarea circulaţiei sanguine.

Activitatea parasimpatică vagală este stimulată de văzul, mirosul şi gustul alimentelor. Astfel, secreţia sucului pancreatic este stimulată de acetilcolină şi VIP.

În acestă fază mai intervine şi gastrina ca răspuns la stimularea vagului. 2. Faza gastrică. Această fază este controlată de gastrină. Gastrina este secretată ca

răspuns al distensiei stomacului şi al prezenţei aminoacizilor şi peptidelor în antrul piloric. De asemenea, distensia va inhiba secreţia gastrinei prin intermediul reflexului vago-vagal.

3. Faza intestinală. Această fază contribuie cu 70% din volumul total al secreţiei de suc pancreatic. Apare ca răspuns la acţiunea hormonilor secretaţi la nivelul duodenului.

6.1.1.5. Secreţia biliară

Bila este un produs de secreţie şi excreţie hepatică. Este un lichid izotonic cu un pH 7-8 asemănător pH-ului plasmatic. Conţine săruri biliare, pigmenţi biliari, colesterol, lecitină, şi mucină. La om cantitatea de bilă secretată zilnic este de 600-1000 ml. Bila este secretată continuu în duoden sau depozitată în vezicula biliară, unde are loc modificarea compoziţiei chimice a acesteia.

Acizii biliari provin din metabolismul colesterolului. Acidul colic şi acidul chenodeoxicolic se formează în hepatocite şi sunt consideraţi drept acizii biliari primari. În intestin, acizii biliari secundari, acidul deoxicolic şi acidul litocolic, se formează în cantitate redusă din acizii biliari primari prin acţiunea dehidroxilantă a bacteriilor. Acizii biliari primari se combină cu aminoacizii (glicina şi taurina) şi ionii de Na+ şi formează sărurile biliare.

Sărurile biliare sunt amfipatice, adică conţin o parte hidrofilă şi o parte hidrofobă. Ele formează agregate numite micelii când ajung la o anumită concentraţie în bilă (concentraţia critică micelară). Sărurile biliare sunt reprezentate prin glicocolaţi şi taurocolaţi de Na şi K şi îndeplinesc mai multe funcţii: 1) funcţia de „detergent”, scăzând tensiunea superficială a particulelor mari de grăsime şi favorizând fracţionarea lor în particule fine, în vederea emulsionării lor; 2) activează lipazele; 3) favorizează absorbţia acizilor graşi, monogliceridelor şi a vitaminelor liposolubile, a colesterolului şi a unor metale ca fierul; 4) acţiune antiputridă asupra florei de putrefacţie din colon; 5) împiedică coagularea mucusului intestinal, inhibând mucinoza; 6) favorizează peristaltismul; 7) asigură neutralizarea sucului gastric acid ajuns în duoden. În lipsa bilei, circa 40-50% din lipidele ingerate se pierd prin materiile fecale.

Circa 90-95% din sărurile biliare sunt reabsorbite din intestinul subţire, urmând circuitul entero-hepatic al sărurilor biliare. O cantitate redusă se reabsoarbe pasiv, prin difuziune; cea mai mare cantitate de săruri biliare se reabsoarbe la nivelul ileonului terminal printr-un proces activ. Doar 5% din sărurile biliare pătrund în colon.

Bila reprezintă circuitul major de eliminare al colesterolului din organism. Fosfolipidele, în special lecitina, sunt secretate în bilă. Excesul de colesterol determină apariţia litiazei biliare, având ca rezultat apariţia unor dureri severe (colica biliară) şi a icterului. Pigmenţii biliari sunt eliminaţi odată cu bila. Ei reprezintă aproximativ 0,2% din compoziţia totală a bilei şi se formează prin distrugerea eritrocitelor la nivelul splinei. Sunt reprezentaţi de bilirubină, care este insolubilă, fiind transportată în ficat în combinaţie cu albumina. În hepatocite, aproximativ 80% din bilirubină este conjugată cu acidul glucuronic prin intermediul glucuronil-transferazei, rezultând bilirubina diglucuronidă. Aceasta este solubilă, şi intră în compoziţia bilei conferindu-i culoarea galben-verzuie.

La nivelul intestinului, în special în colon, bilirubina diglucuronidă este hidrolizată de bacterii în urobilinogen, precum şi în stercobilin şi urobilin ce conferă materiilor fecale culoarea brună caracteristică. O parte din urobilinogen se reabsoarbe din intestin.

Reglarea secreţiei bilei. Substanţele care intensifică rata de secreţie a bilei se numesc coleretice. Una din aceste substanţe este CCK. Rata secreţiei bilei poate fi modificată astfel: 1) stimularea vagului determină la câine, creşterea marcantă a fluxului biliar. Hipoglicemia insulinică provoacă, de asemenea, colereză, efect care poate fi prevenit prin vagotomie. Vagul poate acţiona direct sau prin intermediul gastrinei; 2) prezenţa în sânge a unor cantităţi mari de săruri biliare; 3) secretina, descărcată de prezenţa chimului acid în duoden, creşte fluxul biliar (efect coleretic), în

58

special în ceea ce priveşte conţinutul de bicarbonat, clorură de Na şi K; gastrina, CCK, glucagonul şi histamina exercită efecte coleretice, dar într-un grad mai redus decât secretina; 4) intensificarea irigaţiei hepatice amplifică secreţia biliară.

În câteva minute de la ingestia alimentară, în special cea bogată în lipide, musculatura veziculei biliare se contractă determinând evacuarea bilei în duoden. Răspunsul este mediat de nervii vagi, dar stimulul major al contracţiei este CCK. Acest hormon este secretat ca răspuns al prezenţei în duoden al lipidelor şi chimului acid. CCK va stimula secreţia enzimelor pancreatice şi va relaxa sfincerul Oddi, permiţând evacuarea bilei şi a sucului pancreatic în duoden. În contracţia veziculei biliare un rol minor îl are şi activitatea parasimpatică vagală. Golirea veziculei biliare este inhibată de activitatea simpatică. Vezicula biliară se goleşte complet la aproximativ o oră de la o masă bogată în grăsimi.

6.1.1.6. Secreţia intestinului subţire

Sucul intestinal este secretat zilnic în cantitate de 1,5 litri, având un pH de 7,5-8. Stimulul principal al secreţiei sucului intestinal este distensia intestinală indusă de chimul acid sau hipertonic. În duoden, glandele Brunner, secretă un suc bogat în bicarbonaţi şi mucus, ce protejează mucoasa intestinală de acţiunea mecanică sau chimică a chimului acid. Deşi secreţia glandelor Brunner este spontană la contactul cu chimul acid, secreţia lor poate fi stimulată de activitatea vagală, prostaglandinele endogene, gastrină, secretină şi CCK. Stimularea simpaticului determină scăderea ratei de sinteză a mucusului, facând vulnerabil duodenul la acţiunea chimului acid.

Sucul intestinal conţine enzimele necesare finalizării digestiei alimentelor. Momentan, nu se ştie dacă numai enzimele secretate de intestinul subţire sunt enzime ale marginei în perie. Principalele enzime ale marginei în perie sunt: dizaharidazele (maltaza, sucraza etc.), peptidazele şi fosfatazele. Una din peptidazele marginei în perie – enteropeptidaza (denumită greşit enterokinaza) activează tripsinogenul.

6.1.1.7. Secreţiile intestinului gros

Produsul de secreţie al mucoasei colice este un lichid redus cantitativ, cu un pH alcalin (8-8,4), foarte vâscos datorită mucusului secretat şi lipsit de enzime digestive. Mucusul are rolul de a proteja mecanic pereţii intestinului gros, de a împiedica digerarea lor de către enzimele din intestinul subţire şi de activitatea bacteriană foarte intensă, de a proteja pereţii de acizii formaţi în materiile fecale şi aderarea resturilor neabsorbite în vederea formării bolului fecal.

Reglarea funcţiei secretorii a intestinului gros este realizată de sistemele parasimpatic şi simpatic. Fibrele vagale inervează cecumul şi colonul, precum şi treimea distală a colonului transvers.

Fibrele parasimpatice care inervează colonul, rectul şi anusul provin din nervii pelvici al măduvei sacrale (nervi erigenţi). Terminaţiile parasimpatice sinapsează cu neuronii plexurilor intramurale.

Fibrele simpatice provin din ganglionii celiac şi mezenteric superior (pentru cecum, colonul ascendent şi transvers) şi din ganglionul mezenteric inferior (pentru colonul descendent şi sigmoid şi anus). Sfincterul anal extern este inervat de fibre ce provin din măduva sacrală.

Excitarea nervilor parasimpatici determină o secreţie abundentă de mucus, iar excitarea simpatică diminuează acest răspuns.

În cazul în care un segment al intestinului gros este puternic irigat, mucoasa secretă alături de mucus şi cantităţi mari de apă şi electroliţi. În felul acesta se diluează factorii iritanţi, determinând o deplasare rapidă a materiilor fecale spre anus. Prin diaree se elimină cantităţi mari de apă şi electroliţi, dar se urgentează refacerea mucoasei. Diareile cronice sunt asociate frecvent cu hipopotasemie majoră.

Întrebări de control Care este compoziţia chimică a salivei? Care este rolul amilazei salivare? Care este

compoziţia chimică a sucului gastric? Care este rolul pepsinei în digestie? Care este compoziţia şi acţiunea digestivă a sucului pancreatic? Rolul bilei în digestie. Care sunt secreţiile intestinului subţire şi gros?

59

6.2. FIZIOLOGIA RESPIREŢIEI

Respiraţia reprezintă ansamblul fenomenelor fizice şi chimice prin care se asigură schimburile de gaze între organism şi mediu, necesare proceselor de oxidare tisulară.

La om, actul complex al respiraţiei se realizează în 3 etape:1. etapa pulmonară2. etapa sanguină3. etapa tisulară

6.2.1. Etapa pulmonară

La nivelul plămânilor schimburile gazoase se realizează prin succesiunea ritmică a 2 procese: inspiraţia şi expiraţia. Inspiraţia corespunde cu pătrunderea aerului atmosferic prin căile respiratorii până la nivelul alveolelor pulmonare, iar expiraţia cu eliminarea unei părţi din aerul alveolar la exterior.

Succesiunea ritmică a inspiraţiei şi expiraţiei, în scopul menţinerii compoziţiei constante a aerului alveolar, reprezintă ventilaţia pulmonară. Pătrunderea şi expulzarea aerului, în şi din plămâni se datorează diferenţei de presiune ce se creează între aerul atmosferic şi interiorul plămânilor prin variaţia de volum a cutiei toracice.

6.2.1.1. Mecanica respiraţiei

Inspiraţia durează aproximativ 1s şi se realizează prin contracţia muşchilor inspiratori, care produc mărirea celor 3 diametre ale cutiei toracice: diametrul vertical, antero-posterior şi transversal.

Diametrul vertical (longitudinal) . în repaus diafragmul are forma unei cupole. în timpul contracţiei coboară şi se aplatizează presând asupra viscerelor. în fiecare inspiraţie diafragmul coboară cu 1,2-1,5 cm, iar în cursul inspiraţiilor profunde coborârea poate atinge 10 cm. Secţionarea nervului frenic care inervează muşchiul diafragm, induce paralizia acestuia şi moartea prin asfixie.

Diametrele antero-posterior si transversal se măresc prin contracţia muşchilor intercostali externi care determină orizontalizarea coastelor şi proiectarea lor în faţă. în inspiraţia forţată participă şi muşchii inspiratori accesorii pentru ridicarea suplimentară a coastelor.

Expiraţia durează la adult aproximativ 2 s. Expiraţia liniştită este un proces pasiv, realizat prin relaxarea muşchilor inspiratori, ceea ce determină revenirea la poziţia iniţială a cutiei toracice. La revenirea plămânului în poziţia de repaus contribuie şi elasticitatea viscerelor abdominale, care odată cu relaxarea diafragmului vor urca spre torace şi pe de altă parte elasticitatea plămânului. Presiunea intrapulmonară creşte cu aproximativ 2-4 mmHg faţă de presiunea atmosferică ceea ce determină expulzarea aerului.

În expiraţia forţată intervin şi muşchii expiratori. Muşchii intercostali interni sunt coborâtori ai coastelor. Prin contracţia muşchilor expiratori se comprimă viscerele abdominale care deplasează diafragmul spre cutia toracică şi apropie rebordurile costale, diminuând volumul toracelui.

În procesul ventilaţiei pulmonare, la dilatarea plămânilor în inspiraţie contribuie şi tracţiunea hidraulică. Este dată de forţa de adeziune a peliculei foarte fine de lichid (grosime de 20 µm) dintre cele două foiţe pleurale. Totodată în cavitatea pleurală presiunea este negativă dată de aspiraţia pe care plămânul elastic o exercită în spaţiul picurai. Ca urmare, în timpul inspiraţiei, mărirea diametrului cutiei toracice va atrage după sine şi foiţa viscerală, care, aderând Ia plămân, produce distensia lor.

6.2.1.2. Extensibilitatea plămânilor şi a toracelui (complianţa)

Plămânii au proprietăţi elastice determinate de fibrele elastice din ţesutul pulmonar şi de prezenţa surfactantului. Surfactantul este un amestec lipoproteic ce intră în alcătuirea alveolar. Se prezintă ca o peliculă fină de lichid ce căptuşeşte alveola, favorizând difuzia gazelor la nivelul

60

alveolelor, împiedicând procesul de colabare a alveolelor mici din timpul expiraţiei şi apariţia edemului alveolar (filtrarea lichidelor din capilare în alveole).

Complianţa pulmonară reprezintă creşterea volumului pulmonar pentru fiecare creştere cu o unitate a presiunii alveolare (cm H2O). Fiecare creştere a presiunii alveolare cu 1 cm H2O determină o creştere a volumului pulmonar cu aproximativ 200 ml. Determinarea complianţei oferă indicaţii cu privire asupra modificărilor elasticităţii pulmonare. Scade în fibroză şi congestie pulmonară şi creşte în emfizem.

Înregistrarea mişcărilor respiratorii reprezintă pneumograma.Frecvenţa mişcărilor respiratorii este în medie de 16/min la bărbat şi 18/min la femeie; la

nou-născut este de 46/min. Frecvenţa creşte la temperaturi ridicate şi efort (max. 60/min). Creşterea frecvenţei respiratorii se numeşte polipnee (tahipnee), iar diminuarea se numeşte bradipnee.

6.2.1.3. Volume, capacităţi şi debite respiratorii

Volumele reprezintă cantităţi de aer din anumite momente ale ciclului respirator (3 s). Volumul curent - aerul curent (AC), VIR; VER; VR.Capacităţi respiratorii reprezintă combinaţii de volume.CV, CI, CRF, CPT.Debite respiratorii Debitul respirator de repaus numit şi minut-volumul respirator reprezintă cantitatea de aer ventilată de plămân în decursul unui minut - AC x frecvenţa respiratorie. In repaus este de 8-91/minut. În efort creşte la 30-40/minut.

6.2.1.4. Ventilaţia alveolară

Suprafaţa la nivelul căreia are loc schimbul de gaze este dată de alveole, sacii alveolari, canalele alveolare şi bronhiolele respiratorii. Viteza cu care aerul proaspăt ajunge la suprafaţa schimbului gazos se numeşte ventilaţie pulmonară. Intr-o inspiraţie liniştită, aprox. 2/3 din aerul inspirat ajunge la bronhiolele terminale şi de aici o cantitate redusă în alveole, iar restul de 1/3 rămâne pe căile aeriene formând spaţiul mort.

Se descrie un: spaţiu mort anatomic constituit din totalitatea căilor aeriene la nivelul cărora nu

are loc schimbul de gaze spaţiul mort fiziologic constituit din alveolele aerate, dar neirigate. La indivizii

sănătoşi toate alveolele sunt funcţionale.Schimbul de gaze la nivelul alveolelor se face prin bariera alveolo-capilară prin

procese de difuziune datorită: diferenţei presiunii parţiale a gazelor respiratorii de o parte şi de alta a

membranei alveolo-capilare permeabilitatea membranei mărimea suprafeţei alveolare

6.2.2. Etapa sanguină

Corespunde cu transportul gazelor respiratorii prin sânge.

Transportul oxigenului

Oxigenul este transportat în sânge sub două forme: o formă combinată cu hemoglobina (97%) şi sub formă dizolvată (3%).

Forma combinată a oxigenului cu hemoglobina este denumită oxihemoglobină. Procesul de legare a O2 de Hb se numeşte oxigenare, deoarece prin combinare cu O2, Fe din structura Hb rămâne tot sub formă feroasă, iar cedarea O2 se numeşte reducerea Hb.

Relaţia dintre procentul de oxihemoglobină formată şi presiunea parţială a oxigenului (PO2) este redată în curba de disociere a oxihemoglobinei. La PO2 de 100 mmHg (la nivelul plămânului), proporţia de oxihemoglobină este de 97%. între 20-50 mmHg, care corespund cu valorile PO2 la

61

nivelul ţesuturilor, scăderi mici ale PO2 determină disocierea intensă a oxihemoglobinei. în timpul efortului fizic, PO2 la nivelul ţesuturilor poate scădea la 15 mmHg, determinând o mai mare disociere a oxihemoglobinei.

Factorii care contribuie la disocierea oxihemoglobinei sunt: scăderea PO2 la nivelul ţesuturilor creşterea pH-ului, a temperaturii locale a organelor şi ţesuturilor în activitate

Transportul CO2

CO2 format în urma proceselor catabolice la nivelul ţesuturilor difuzează în sânge (datorită diferenţei de presiune 50 faţă de 40 mmHg). în sânge este transportat sub 3 forme:

1) sub formă solvită (7%)2) sub formă de bicarbonaţi (80%)3) sub formă de compuşi carbamici

La nivelul plămânilor este cedat în special CO2 dizolvat în plasmă şi cel sub formă de compuşi carbamici. Se elimină numai surplusul de CO2 format la PCO2 de 40 mmHg şi niciodată întreaga cantitate de CO2 din sânge. Volumul de CO2 aflat în sânge permanent sub formă de bicarbonaţi reprezintă bicarbonatul standard (rezerva alcalină). Valori normale sunt de 50-60 ml%.

Relaţia dintre concentraţia CO2 din sânge şi PCO2 este denumită curba de disociere a CO2. PCO2 la nivelul sângelui variază între 40-46 mmHg. La nivelul plămânilor, PCO2 scade de la 50 la 48 mmHg, iar la nivelul capilarelor venoase creşte de la 50 mmHg la 52 mmHg.

6.2.3. Etapa tisulară

La nivelul ţesuturilor, O2 pătrunde în celule prin difuziune. Gradul de aprovizionare cu O2

depinde de o serie de factori precum: PO2 din sângele arterial, circulaţia sanguină, distanţa de la capilare, etc.

Gradul de utilizare depinde de necesarul energetic, acesta rămânând în funcţie de activitatea ţesutului.

6.2.4. Reglarea respiraţiei

Respiraţia pulmonară este o funcţie ritmică, similară activităţii cardiace. Ritmicitatea mişcărilor respiratorii este dată de activitatea permanentă a unor centri nervoşi bulbopontini. Ritmicitatea cardiacă este dată de activitatea intrinsecă a ţesutului excitoconductor din structura inimii. Centrii bulbopontini respiratori sunt controlaţi de semnale primite de la receptorii periferici şi din structuri nervoase adiacente.

Centrul respirator este alcătuit din grupe de neuroni localizaţi la nivelul bulbului şi punţii:1) un grup respirator dorsal (GRD) situat în partea dorsală a bulbului ce

determină inspiraţia2) un grup respirator ventral (GRV) situat în partea ventrală şi laterală a

bulbului determinând atât expiraţia cât şi inspiraţia3) centru pneumotaxic situat în partea dorsală a punţii controlând frecvenţa

respiraţieiRitmul de bază al respiraţiei este generat de neuronii GRD. Cauza excitării ritmice este

necunoscută. După unii autori, activitatea ritmică a acestui grup s-ar datora unui mecanism cascadă de excitare şi inhibare reciprocă a neuronilor, mecanism care persistă tot timpul vieţii.

Excitarea neuronilor GRD, excită motoneuronii spinali contralaterali, care dau naştere nervului frenic, provocând inspiraţia. Expiraţia este un act pasiv. Semnalul transmis este la început slab, după care creşte treptat, în rampă. Dispare pentru 3 secunde după care reapare, iniţiind un nou ciclu respirator. Prin semnalul de rampă descărcat de GRD, volumul pulmonar creşte treptat, evitând astfel o respiraţie gâfaitoare.

Durata semnalului inspirator în rampă este limitată şi de semnalele inhibitorii transmise de centrul pneumotaxic din punte. Inspiraţia poate dura numai 0,5 sec (în loc de 1 sec) dacă semnalul pneumotaxic este puternic sau poate să crească la 5-10 sec dacă semnalul este slab. Prin modificarea duratei inspiraţiei, centrul pneumotaxic modifică şi frecvenţa respiraţiei.

62

În timpul respiraţiilor liniştite, GRV este aproape inactiv. Neuronii din zona cranială a GRV, inervează muşchii inspiratori accesorii, iar cei din porţiunea caudală inervează muşchii inspiratori şi expiratori.

La intensificarea ventilaţiei pulmonare, semnalul din GRD difuzează asupra GRV, activându-l, fiind important în special în cazul expiraţiilor forţate, care devin acte active.

Centrul inspirator este stimulat şi de centrul apneustic localizat în partea caudală a punţii. In mod normal sunt anulate de semnale inhibitorii ale centrului pneumotaxic şi a semnalelor transmise de la tensioreceptorii pulmonari prin nervii vagi. Prin secţionarea nervilor vagi şi a legăturilor cu centrul pneumotaxic, centrul apneustic transmite semnale spre neuronii GRD, blocând limitarea semnalului inspirator. Astfel semnalul inspirator durează 10-20 sec determinând umplerea maximă a plămânilor, urmată de o expiraţie scurtă numită respiraţie apneustică.

În cazul supradistensiei plămânilor, inspiraţia este limitată reflex. După un volum inspirator mai mare de 1,5 litri, tensioreceptorii din muşchii netezi ai căilor respiratorii, transmit semnale pe calea nervului vag la GRD. Parte din semnale par că ajung şi la nivelul centrului pneumotaxic. Ca urmare inspiraţia diminuează. Acest fenomen se numeşte reflexul Hering-Breuer de distensie. Este un mecanism de protecţie a plămânilor.

6.2.4.1. Controlul nervos si umoral al respiraţiei

Activitatea centrilor respiratori este reglată şi de semnale nervoase de la receptori cât şi de influenţe umorale.

Receptorii implicaţi în reglarea respiraţiei. mecanoreceptori - stimularea lor prin colabarea plămânilor declanşeazăreflexul Hering-Breuer inversat chemoreceptori - sesizează modificări fizico-chimice ale sângelui, trimiţând

semnale aferente centrului respirator. Blocarea acestei căi determină tulburări respiratorii şi apnee. S-au descris chemoreceptori centrali şi periferici . De exemplu, aria chemosenzitivă centrală localizată pe faţa anterioară a bulbului, în apropierea rădăcinilor nervilor IX, X, XI ocupând o suprafaţă de 5-6 mm2, este sensibilă la modificarea c% H+ din LCR şi lichidul interstiţial cerebral, c% dependentă de CO2 (hormon respirator). CO2 difuzează rapid în creier, se hidratează, disociază, formând HCO3

- şi H. Ionii de H reprezintă excitantul specific al neuronilor chemosenzitivi centrali, care determină excitarea nervilor inspiratori. Chemoreceptorii periferici sunt reprezentaţi de corpusculii carotidieni şi corpusculii arcului aortic. Sunt excitaţi de scăderea presiunii parţiale a O2 din sângele arterial, aflat sub formă solvită în plasmă. Receptorul propriu-zis este reprezentat de terminaţiile nervoase nemielinizate ale nervului IX din zona corpusculului carotidian şi ale nervului X de la corpusculii aortici.

baroreceptorii localizaţi în puncte cheie: sinusul carotidian, arc aortic, atrii, ventricule. Sunt sensibili de scăderea presiunii sanguine, determinând polipnec. Hiperventilaţia care apare după hemoragii severe nu este declanşată de baroreceptori, ci de chemoreceptori declanşaţi de acidoza şi hipoxie.

proprioceptorii din muşchi, tendoane, capsule articulare stimulează indirectcentrul respirator, în special în timpul mişcărilor termoreceptorii - excitanţii reci aplicaţi la nivelul pielii pot bloca respiraţia.

6.2.4.2. Reglarea comportamentală si voluntară a respiraţiei

Respiraţia este reglată nu numai de centrii bulbopontini ci şi de formaţiuni nervoase superioare care acţionând direct sau prin intermediul centrilor controlului voluntar asupra motoneuronilor spinali, integrează funcţia respiratorie în alte activităţi comportamentale.

Conexiunile dintre hipotalamus şi centrii respiratori bulbopontini integrează funcţia respiratorie în procesele de termoreglare.

Sistemul limbic legat de stările afectiv-emoţionale reglează activitatea respiratorie în diverse stări comportamentale. De exemplu, groaza opreşte respiraţia.

63

Respiraţia este reglată şi voluntar prin participarea ariilor corticale. Acest mecanism este important în activităţi precum vorbit, cântatul vocal, etc. lăile sunt reprezentate de căile piramidale care acţionează asupra motoneuronilor medulari.

Întrebări de controlCe este respiraţia? Care sunt etapele respiraţiei? Reglarea respiraţiei.

6.3. FIZIOLOGIA CIRCULAŢIEI

6.3.1. Proprietăţile funcţionale ale miocardului

Miocardul prezintă proprietăţi funcţionale comune cu ale muşchilor striaţi, deoarece este un muşchi striat, dar şi o serie de proprietăţi specifice sau particulare precum:

a) excitabilitatea (funcţia batmotropă) este capacitatea muşchiului aflat în repaus de a răspunde la excitanţi, prin apariţia PA. Particular pentru miocard este faptul că prezintă inexcitabilitate periodică de lungă durată şi este aplicabilă legea „tot sau nimic".

Inexcitabilitatea periodică se datorează duratei mari a fazei refractare din timpul PA. Aceasta explică imposibilitatea tetanizării muşchiului cardiac, ceea ce asigură activitatea ritmică a inimii. Stimulii de origine extranodală, aplicaţi înaintea stimulului nodal, pot determina o depolarizare precoce a miocardului, urmată de o sistolă în afara ritmului normal, numită extrasistolă. Prin propria sa perioadă refractară împiedică apariţia sistolei fiziologice, ceea ce conduce la instalarea pauzei compensatoare (durata corespunde cu o revoluţie cardiacă). La inima normală, extrasistolele pot apare prin stimulare cerebrală, reflexe abdominale, fumat, exces alcool, anxietate, etc.

b) automatismul cardiac reprezintă proprietatea inimii de a-şi continua activitatea ritmică de contracţie în condiţiile izolării de organism. Fiziologic, automatismul este imprimat de ţesutul excitoconductor nodal, prin descărcarea automată de impulsuri electrice. Structura răspunzătoare de imprimarea contracţiilor inimii o constituie nodului sinoatrial (pacemaker, ritm sinusal), dar şi restul elementelor ţesutului excitoconductor în condiţii patologice pot genera excitaţii dar cu frecvenţă mai mică. Frecvenţa de descărcare a nodulului sinoatrialeste de 70-80/min, nodului AV=40-60/min şi fasciculul Hiss cu reţeaua Purkinje=20-40/min. Acetilcolina scade frecvenţa de descărcare a nodulului sinoatrial, iar adrenalina creşte.

c) conductibilitatea (funcţia dromotropă) este proprietatea miocardului, în special a ţesutului excitoconductor de a conduce impulsurile de la nivelul nodulului sinoatrial în întreg miocardul. Viteza de conducere a excitaţiilor este mai mare prin căile internodale (1 m/s) decât prin fibrele miocardului atrial (0,3m/s). în schimb, la nivelul nodulului AV, viteza este mică pentru a asigura încheierea sistolei atriale, înaintea apariţiei celei ventriculare (timp necesar pentru umplerea ventriculelor cu sânge). Fasciculul Hiss şi fibrele Purkinje au de asemenea viteze mari de transmitere a excitaţiilor (2m/s) pentru sincronizarea contracţiilor fibrelor miocardului ventricular, din timpul sistolei ventriculare.

d) contractilitatea (funcţia inotropă). Contracţiile miocardului se numesc sistole, iar relaxările diastole. Contracţia miocardului este o secusă. Sursa de energie pentru contracţii o constituie ATP-ul.

e) tonicitatea (funcţia tonotropă), reprezintă proprietatea miocardului de a asigura o anumită tensiune a pereţilor musculari şi în timpul diastolei.

6.3.2. Ciclul cardiac (revoluţia cardiacă)

Un ciclu cardiac constă dintr-o succesiune regulată a unei sistole şi a unei diastole a miocardului. Intre sfârşitul unei sistole ventriculare şi începutul unei noi sistole atriale din ciclul cardiac următor se interpune diastola generală. Durata unui ciclu cardiac este de 0,85 s la un ritm de 70 contracţii/min.

Din punct de vedere fiziologic, caracterizarea unui ciclu cardiac începe cu sistola atrială . Se datorează undei de depolarizare descărcată de nodului sinoatrial şi răspândită în miocardul atrial. Sistola durează 0,1-0,5 s şi determină umplerea completă a ventriculelor, contribuind cu aproximativ 30% din volumul diastolic final ventricular, restul de 70% fiind realizat prin curgerea

64

pasivă a sângelui din atrii în ventricule, în diastola generală. După sistola atrială, urmează diastola atrialâ, timp în care muşchiul atrial se relaxează, iar presiunea intratrială scade. Sângele din ventricule tinde să se întoarcă în atrii, şi închide astfel „precoce" valvulele AV, înainte de depolarizarea ventriculelor. Imediat însă după sistola atrială începe sistola ventriculară. Depolarizarea şi contracţia ventriculelor începe de la vârf spre bază.

Sistola ventriculară durează 0,27-0,3 s trecând prin:-faza izovolumetrică de creştere a presiunii intraventriculare cu închiderea completă a

valvulelor AV şi alungirea vetriculului, sub volum constant.-faza izolonică (de evacuare) începe cu deschiderea valvulelor sigmoide de la baza aortei

şi pulmonarei datorită presiunii intraventriculare crescute şi se continuă cu propulsia sângelui în arterele mari. Evacuarea se face mai întâi rapid apoi lent, timp în care presiunea intraventriculară scade progresiv. In timpul sistolei ventriculare nu este evacuat tot sângele din ventricul. Rămâne un volum de 30-50% (50-70ml), numit volum postsistolic. Presiunea de ejecţie este mai mare pentru ventriculul stâng decât pentru ventriculul drept.

Diastola generală durează 0,4 s şi începe după repolarizarea completă a fibrelor miocardice. În acest timp sângele din atrii se scurge pasiv în ventricule.

6.3.3. Zgomotele cardiace

În cursul activităţii mecanice a inimii, se pot percepe zgomotele cardiace. In principal se aud două zgomote:

1. zgomotul sistolic, cu o durată de 0,14s este grav, prelungit şi puternic. Vibraţiile sonore ale acestui zgomot sunt date de accelerarea deplasării sângelui din ventricule M" atrii, de închiderea valvulelor AV şi de turbulenţa jetului de sânge propulsat prin artere.

2. zgomotul diastolic, cu o durată de 0,05s este scurt, clar, ascuţit, generat de oscilaţiile sonore ce însoţesc întoarcerea sângelui în ventricul, de închiderea valvulelor sigmoide.

Alături de aceste două zgomote uneori la adolescenţi şi tineri poate fi perceput un zgomot slab, după al II-lea zgomot, numit zgomotul al III-lea (diastolic) (deschiderea valvulelor AV). Există şi un al IV-lea zgomot (atrial) care nu poate fi auzit cu origine în atriile care se contractă.

Înscrierea zgomotelor cardiace - fonocardiograma - iar a activităţii electrice a inimii - EKG.

6.3.4. Debitul şi travaliul cardiac

La fiecare sistolă, din ventricul este pompat un volum de sânge de 70-90 ml numit debit sistolic.Debitul cardiac - debit sistolic X frecvenţa cardiacă/min. La un ritm normal de 70

contracţii/min, debitul cardiac este de 5-61. In timpul efortului fizic, debitul cardiac creşte proporţional cu consumul de O2 putând atinge valori de 301/min. De asemenea în mediul cald şi umed, debitul creşte la 201/min, în timpul digestiei cu 30-40%.

Travaliul cardiac reprezintă lucrul mecanic efectuat de inimă pentru propulsarea volumului sistolic împotriva presiunii din artere. Pentru ambele ventricule, lucrul mecanic este de aprox. 125g/sistolă.

6.3.5. Fiziologia circulaţiei

Circulaţia sanguină este constituită din două circuite vasculare separate complet, dar corelate funcţional:-circulaţia sistemică (marea circulaţie)-circulaţia pulmonară (mica circulaţie)

6.3.5.1. Circulaţia în artere

În sistemul arterial sângele circulă sub presiune (presiunea arterială) care este asigurată de mai mulţi factori:

-de forţa de propulsie a cordului, exprimată prin debitul cardiac.-de elasticitatea arterelor . Arterele mari sunt artere de tip elastic, astfel că

înmagazinează energie potenţială în timpul sistolei. In timpul diastolei, datorită proprietăţii de

65

elasticitate, coloana de sânge este propulsată în artere, asigurându-se astfel curgerea continuă a sângelui în artere. Elasticitatea se comportă ca o „pompă accesorie" în timpul diastolei inimii. Scăderea elasticităţii (ateroscleroză) conduce la creşterea presiunii arteriale.

-de rezistenţa periferică . în vasele de calibru mare (aortă, artere) rezistenţa este mare. Rezistenţa mare apare la nivelul arteriolelor, asigurând aprox. 50% din rezistenţa arborelui vascular. Se datorează vasomotricităţii intense sub influenţe neuro-urnorale. Constricţia sau dilataţia arteriolelor modifică rapid presiunea sângelui din artere.

-volumul de lichid circulant caracterizat prin masa sanguină circulantă şi de vâscozitatea sângelui.Creşterea volumului circulant determină creşterea presiunii arteriale precum şi creşterea

vâscozităţii sângelui. Presiunea sângelui arterial este corelată cu sistola şi diastola inimii. In timpul sistolei, presiunea cu care este expulzat sângele este de 120-140 mmHg în arterele mari şi poartă denumirea de presiune sistolică (maximă). în arterele mici este de 70-80 mmHg, iar la capătul arterial al capilarelor este de 30 mmHg.

în timpul diastolei ventriculare, presiunea cu care se deplasează sângele este de 1/2 din valoarea sistolică +10 mmHg şi se numeşte presiune diastolică (minimă).

Pulsul arterial constă în distensia pereţilor arteriali în timpul sistolei ventriculare. Este perceput când se comprimă o artera pe un plan osos. Unda pulsatilă are o viteză de 10 ori mai mare decât unda sângelui (4-6 m/s).

Pulsul arterial depinde de debitul sistolic şi de elasticitatea arterelor. Palparea undei pulsului dă indicaţii cu privire la frecvenţa cardiacă, intensitatea şi durata pulsului, a ritmicităţii inimii.

6.3.5.2. Circulaţia capilară

La nivelul capilarelor circulaţia sângelui se face continuu şi lent, pentru as igura cele mai importante funcţii ale sistemului circulator şi anume schimburile de substanţe nutritive şi a produşilor de excreţie rezultaţi din procesele metabolice celulare. Schimburile la nivelul capilarelor sunt rezultatul însumării algebrice a unor forţe de acţiuni contrarii de o parte şi de alta a endoteliului capilar: presiunea coloidosmotică şi presiunea hidrostatică. Ca rezultat al acestor forţe în capătul arterial al capilarelor, apa şi substanţele nutritive trec din sânge în lichidul interstiţial prin difuziune şi filtrare. La capătul venos al capilarelor, după filtrarea apei, au loc procese de absorbţie.

1/10 din lichidul filtrat trece însă în capilarele limfatice asigurând circulaţia limfatică.Circulaţia capilară mai intervine în:-termoreglare-homeostazia circulatorie

6.3.5.3.Circulaţia venoasă

Circulaţia sângelui în vene este mai lentă decât în artere. Funcţia venelor constă în:-transport al sângelui neoxigenat, încărcat cu substanţe rezultate din metabolismul celular

(excepţie fac venele pulmonare care aduc la inimă sânge oxigenat)-depozit sanguinCirculaţia sângelui prin vene este asigurată de:-pompa cardiacă - scăderile de presiune arterială şi ventriculară, acţionează ca o pompă

aspiratoare permiţând întoarcerea venoasă în atrii.-aspiraţia toracică - acţionează în timpul inspiraţiei, prin accentuarea presiunii negative

intratoracice. La aceasta se adaugă coborârea diafragmului în inspiraţie, care prin presiunea exercitată asupra viscerelor abdominale, forţează deplasarea sângelui din vene spre atriul drept.

-forţa gravitaţională - facilitează întoarcerea venoasă în venele situate deasupra atriului drept. Pentru venele situate sub atrii, efectul negativ al forţei gravitaţionale este contracarat de prezenţa valvulelor (aşezate la 5-7 cm una de alta împiedică tendinţa de stagnare a sângelui). Degradarea sistemului valvular, predispune la stază venoasă şi varice, care dacă se suprainfectează dau naştere tromboflebitelor.

-contracţia musculaturii scheletice asigură deplasarea înspre atriul drept.

66

-pulsaţiile arterelor comprimă venele aflate în vecinătatea lor asigurând astfel întoarcerea sângelui spre inimă.

-presiunea sângelui din capilare activează fluxul sanguin din artere în vene.

6.3.6. Reglarea activităţii cardiovasculare

Activitatea sistemului cardiovascular este reglată continuu şi ajustată la necesităţile de O2 ale diferitelor ţesuturi şi organe. Reglarea se realizează simultan şi coordonat asupra inimii şi asupra vaselor de sânge şi au la bază mecanisme intrinseci de autoreglare, completate cu mecanisme extrinseci.

6.3.6.1. Mecanisme intrinseci de autoreglare

a) autoreglarea debitului cardiac - inima are capacitatea de a-şi ajusta forţa de contracţie şi debitul cardiac, ori de câte ori creşte afluxul venos sau rezistenţa periferică. Modificarea forţei de contracţie se realizează prin modificarea gradului de întindere iniţială a fibrelor miocardului. Până la o anumită întindere, jrţa creşte proporţional, ca de altfel şi debitul sistolic, după care scade. Relaţia dintre gradul de întindere iniţială a fibrelor miocardice şi forţa de contracţie dezvoltată poartă denumirea de ,,legea inimii" a lui Starling.

b) autoreglarea tonusului vascular - după uni autori, la nivelul arteriolelor, metaarteriolelor şi a sfmcterelor precapilarii ar exista celule musculare „pacemaker" de reglare locală a tonusului vascular.

6.3.6.2. Mecanisme extrinseci

a) Mecanismele nervoase prin reacţii neuroreflexe cardiace şi vasculare, urmate fiind se componenta umorală care asigură o reglare de lungă durată.

Reacţiile neuroreflexe vasculare sunt declanşate de creşterea presiunii sanguine şi modificarea compoziţiei chimice a sângelui. Au ca substrat anatomic receptori care sesizează modificările de presiune (baroreceptori) şi cele chimice (chemoreceptori), care transmit apoi semnalele pe căi aferente ale nervilor IX şi, la centrii cardiovasomotori din regiunea bulbo-pontină şi prin căi eferente vegetative modifică activitatea inimii şi tonusul vascular.

Receptorii sunt structuri neuro-vasculare localizate în puncte strategice ale sistemului cardiovascular şi anume în vasele mari şi în cavităţile inimii. Deoarece prin stimularea lor (creşterea presiunii sanguine) declanşează reacţii reflexe se numesc zone reflexogene. Cele mai importante zone reflexogene din vasela mari sunt la nivelul sinusului carotidian şi a regiunii endocardo-aortice. Semnalele plecate de la aceşti receptori sunt transmise prin nervul IX (sinusul carotidian) şi prin nervul X (regiunea endocardo-aortică) şi inhibă activitatea centrilor cardio-vasomotori din bulb. De aici prin nervul vag este diminuată activitatea inimii, iar prin blocarea simpaticului se produce vasodilataţie. Reflexul este cunoscut sub numele de reflex depresor.

Receptorii din cavităţile inimii, în special de atrii sunt stimulaţi de creşterea presiunii şi volumului sanguin atrial. Stimularea celor din atriul drept determină pe cale reflexă creşterea frecvenţei cardiace (tahicardie), deoarece inhibă nucleul dorsal al vagului. Reflexul este cunoscut sub numele de reflex Bainbridge. Stimularea receptorilor din atriul stâng determină pe cale reflexă diureză prin blocarea secreţiei ADH.

Reflexele depresoare pot să apară prin stimularea mecanică a receptorilor globilor oculari, provocată prin compresia globilor oculari.

Activitatea centrilor cardio-vasomotori poate fi controlată de:-formaţia reticulată-hipotalamus-sistem limbic prin reacţii afectiv-emoţionale-neocortexScăderea presiunii arteriale diminuează transmiterea semnalelor de la nivelul zonele

reflexogene. Reflexul apărut de numeşte reflex presor.Întrebări de control

Ce este ciclul cardiac? Care sunt zgomotele cardiace? Reglarea activităţii cardiace.

67

BIBLIOGRAFIE

1. Ackermann, U, 2002 - PDQ Physiology (PDQ Series). BC Decker Inc., Publisher, 1st edition. 2. Costanzo, L, 2006 - Physiology. Third Edition With Studentconsult.com Access, Saunders Publisher. 3. Fox, IS, 2003 - Human Physiology, McGraw-Hill Science/Engineering/Math Publisher.4. Guyton, AC, Hall, JE, 2006 - Textbook of Medical Physiology, Elsevier, Saunders, Philadelphia,

Eleventh edition. 5. Hefco, V, 1997 - Fiziologia animalelor şi a omului, E.D.P., Bucureşti. 6. Hritcu, L, Hefco, V. 2007 - Elemente de fiziologia animalelor si a omului – funcţii de relaţie. Editura

PIM (acreditată CNCSIS, cod CNCSIS 66), Iasi. 7. Hritcu, L, 2008 - Fiziologia animalelor şi a omului – sistemul endocrin, reproducerea şi funcţiile de

nutriţie. Editura Tehnopress (acreditată CNCSIS, cod CNCSIS 89), Iasi. 8. Margarint, I, Boisteanu, PC, Chelaru, A, 2002 - Fiziologia animalelor, Ed. Ion Ionescu de la Brad. 9. Marieb, EN, 1997 - Essentials of Human Anatomy and Physiology, Addison Wesley Longman, Inc.,

Fifth edition. 10. Martini, FH, 2001 - Fundamentals of Anatomy and Physiology, Pretince-Hall, Inc., Fifth edition. 11. Misăilă, C., 2001 - Fiziologia animalelor şi a omului, Ed. IDESC., Univ. ”Al.I.Cuza”, Iaşi. 12. Misăilă, C., 2008 - Elemente de fiziologie animală, Editura Tehnopress (acreditată CNCSIS, cod

CNCSIS 89), Iasi.13. Ober, WC, Garrison, CW, Silverthorn, AC, Silverthorn, DU, 2001 - Human Physiology: An Integrated

Approach, (2nd Edition), Benjamin-Cummings Publishing Company.14. Pocock, G, Richards, CD, 2006 - Human Physiology. The basis of medicin, Oxford University Press,

Third edition.15. Randall, D, Burggren, W, French, K, 2001 - Eckert Animal Physiology, W. H. Freeman publisher,

Fifth Edition.

68

Date post:	06-Dec-2014
Category:	Documents
Upload:	ramona-dany
View:	263 times
Download:	38 times

Fiziologie Animala Generala - Suport de Curs

Documents