Sistemul nervos:
Exemple de situații care nu ar mai fi posibile fără sistem nervos:
Sistemul nervos are două componente principale:
SNP conține 12 perechi de nervi cranieni și 31 perechi de nervi spinali. SNC primește informații de la SNP referitoare la modificarea condițiilor din interiorul organismului și de la suprafața acestuia, iar SNC transmite mai apoi răspunsul său către mușchi și glande, prin SNP.
SNP conține 2 tipuri de nervi:
SNP prezintă porțiuni motorii ce sunt subîmpărțite în:
Componenta autonomă a SNP prezintă două tipuri de nervi motori:
Sistemul nervos prezintă două tipuri unice de celule:
În SNC există mai multe tipuri de celule gliale:
În timp ce in SNC teaca de mielină este sintetizată de oligodendrocite, în SNP teaca de mielină este sintetizată de celulele Schwann.
Neuronii sunt celule cu rol în recepționarea și transmiterea informației în sistemul nervos, neuronul fiind unitatea structurală și funcțională a sistemului nervos. Ei pot fi diferențiați prin prelungirile lor.
Neuronii pot fi clasificați după structura lor în:
Neuronii pot fi clasificați din punct de vedere funcțional în:
Corpul celular al neuronilor reprezintă doar un mic procent din volumul total al celulei și prezintă nucleu și alte organite celulare precum mitocondrii, aparat Golgi și lizozomi. Neuronul prezintă și un organit specific lui numit corpuscul Nissl, ce este alcătuit din reticul endoplasmatic rugos și are rol în sinteza de proteine.
Dendritele neuronilor sunt prelungiri foarte ramificate ce pornesc din corpul celular și sunt specializate în recepționarea impulsurilor nervoase și în trasmiterea lor către corpul celular. Pe suprafață dendritelor sunt prezente mii de formațiuni spinoase prin care se realizează joncțiuni cu alți neuroni sau receptori senzoriali.
Axonii au rolul de a transmite impulsurile dinspre corpul celular. Ei pornesc dintr-o porțiune îngroșată a corpului celular, numit con de emergență. Membrana axonului este numită axolemă, iar citoplasma sa se numește axoplasmă.
Drept exemplu, axonii au un diametru microscopic, dar lungimea sa poate atinge peste un metru. Axonii care pornesc din porțiunea inferioară a măduvei spinării și ajung la nivelul labei piciorului pot avea o lungime de până la 1,2 m. Fibrele nervoase sunt axoni ai mai multor neuroni, acestea unindu-se și alcătuind nervi.
Axonul prezintă mii de ramificații microscopice la capătul distal numite terminații axonale, iar aceste terminații prezintă dilatări numite butoni terminali unde sunt eliberate, de către neuroni, substanțe chimice numite neurotransmițători. Neurotransmițătorii transmit impulsuri nervoase de la neuron la mușchi, glande sau alți neuroni.
Celulele responsabile de sinteza tecii izolatoare de mielină a neuronilor sunt:
Teaca de mielină izolează axonul și este compusă în principal din mielină. Mielina este o substanță lipidică de culoare albă, ce este componenta principală a membranei oligodendrocitelor și a celulelor Schwann. Aceasta izolează reacțiile electrochimice care conduc impulsurile nervoase de-a lungul axonilor. Fibrele mielinice conduc rapid impulsurile nervoase, pe când cele amielinice le conduc mai lent. În SNC se găsesc atât axoni mielinici, cât și axoni amielinici.
Oligodendrocitele și celulele Schwann își înfășoară membrana celulară în jurul axonilor și dendritelor pentru a forma teaca de mielină. Între două prelungiri succesive ale oligodendrocitelor, respectiv între două celule Schwann succesive, se găsesc spații denumite nodurile lui Ranvier ce nu prezintă mielină.
Mielina este răspunzătoare pentru culoarea substanței albe din encefal și din măduva spinării. Ea intră în componența nervilor mielinici periferici. Scleroza multiplă este datorată deteriorării mielinei în SNC.
Neurilema este partea externă a tecii de mielină ce înconjoară axonii sau dendritele și are rol în regenerarea neuronilor lezați.
Mai multe fascicule de axoni și/sau dendrite formează un nerv. Perinervul este o teacă ce înconjoară fiecare fascicul nervos, urmând mai apoi ca un țesut conjuctiv nervos numit epinerv să învelească la exterior nervul și astfel fasciculele sunt solidarizate între ele.
Ganglionii sunt deseori structuri formate din grupări ale corpurilor celulare ale neuronilor. Există mai mulți ganglioni localizați în afara măduvei spinării, iar de la acești ganglioni pornesc axoni și/sau dendrite înspre alte părți ale organismului.
Sistemul nervos coordonează acele activități care atrag după ele răspunsul la stimuli. Recepția este prima activitate, iar în cursul acesteia sunt captate informații din mediul înconjurător. Transmiterea este următoarea activitate, iar în cursul acesteia informația este livrată sistemului nervos central de către neuronii senzoriali.
Integrarea este penultima activitate, iar în cursul acesteia este determinată reacția potrivită. Răspunsul este ultima activitate, iar în cursul acestuia un impuls nervos este transmis prin intermediul neuronilor motori către efectori ce reactionază în concordanță cu stimulul. Principalii efectori ai organismului sunt mușchii și glandele.
Neuronii senzoriali, interneuronii și neuronii motori produc impulsuri nervoase pentru a transmite informații. Acești neuroni sunt organizați în circuite neuronale și sunt dispuși de așa manieră, încât axonul unui neuron se termină în apropierea dendritei următorului neuron, fără a o atinge. Sinapsa reprezintă joncțiunea dintre doi neuroni alăturați.
Arcul reflex este baza anatomică a actului reflex, iar acesta este un exemplu simplu de activitate nervoasă. Reflexul rotulian este un exemplu simplu de act reflex, în care apare extensia gambei la percutarea ligamentului patelar. Reflexul de retrage este un alt exemplu, în care un deget atins de un stimul dureros este retras imediat.
Un reflex ia naștere când un neuron senzorial recepționează un stimul și este generat un impuls nervos, ce este condus de neuronii senzoriali către interneuronii din sistemul nervos central, care au rol de centru de procesare. Interneuronii comunică cu neuronii motori, fiind generat un impuls ce va fi transmis unui efector, mușchi sau glanda care la rândul lor vor acționa în consecință. În reflexul de retragere, retragerea degetului este determinată de contracția mușchilor.
Componentele unui arc reflex
Reflexul poate fi automat și inconștient fără a include encefalul sau o activitate mentală. Ajută la mențirea homeostaziei organismului în timpul unor activități precum strănutul, tusea sau inghițitul și reprezintă cea mai simplă activitate îndeplinită de către sistemul nervos.
În multe cazuri activitatea nervoasă este inițiată prin stimularea unui receptor de la suprafața corpului. Neuronii din organele senzoriale precum ochiul și nasul sunt cei mai cunoscuți receptori. Receptorii prezenți în piele reacționează la presiune, atingere, căldură sau frig. Mesajul neuronal este transmis spe SNC prin intermediul unui neuron senzorial după ce un receptor a fost stimulat. Un eveniment electrochimic datorat modificării distribuției ionilor în celula nervoasă este originea impulsului nervos.
Un neuron în repaus, fiind polarizat, are o sarcina electrică negativă în interior la nivelul citoplasmei, una pozitivă în exterior la nivelul membranei celulare și nu transmite impulsuri. Fiind separate astfel, sarcinile electrice vor determina o acțiune în cazul în care diferența dintre sarcini se modifică, iar această diferența se numește potențial de repaus.
Potențialul de repaus reprezintă un dezechilibru între sarcinile electrice aflate de o parte și de alta a membranei celulare. Potențialul de repaus este de aproximativ 70 de milivolți (mV) atunci când neuronul este în repaus. Pentru că suprafața internă a membranei celulare are o sarcină electrică negativă față de cea pozitivă prezentă pe suprafața externă, acest potențial se exprimă ca -70 mV („electronegativ”).
Potențialul de repaus este rezultatul unui exces de ioni pozitivi în exteriorul membranei celulare, comparativ cu interiorul acesteia. În citoplasmă există un ușor exces de ioni negativi, acestea incluzând ionii de fosfat organic. De asemenea, proteinele citoplasmatice au o sarcină electrică negativă. Ionii de sodiu au o concentrație de peste 10 ori mai mare în exteriorul celulei decât în interiorul ei, ceea ce îi conferă suprafeței externe a membranei celulare o sarcina pozitivă comparativ cu interiorul.
Dezechilibrul ionic
Se datorează mai multor factori. Pompa de sodiu-potasiu este un factor important, aceasta este foarte eficientă și transportă câte trei ioni de sodiu în afara celulei prin mecanisme de transport activ și introduce în celulă câte doi ioni de potasiu. Pompa funcționează împotriva gradientului de concentrație al ionilor și de aceea sunt necesare cantități mari de ATP pentru a furniza suficientă energie.
Intracelular, potențialul electric este negativ datorită faptului că sunt pompați mai mulți ioni pozitivi în afara celulei, decât sunt introduși în interiorul acesteia.
Dezechilibrul ionic este determinat și de difuziunea ionilor din zonele cu concentrație mai mare înspre zonele cu concentrație mai scăzută prin canale membranare. Canalele cu poartă („gated channels”) sunt canale alcătuite din proteine membranare care suferă modificări structurale pentru a se putea deschide atunci când membrana este stimulată și acționează ca niște porți, ele fiind specifice pentru diferite tipuri de ioni (exemple: canalele de sodiu și canalele de potasiu).
Potențialul de acțiune este un impuls nervos generat de un stimul electric, mecanic sau chimic ce modifică potențialul de repaus prin deschiderea canalelor de sodiu, permițând astfel intrarea ionilor de sodiu în celulă. Membrana neuronului se depolarizează odată cu accesul ionilor de sodiu în celulă, iar potențialul de repaus se ridică până la valoarea de aproximativ -55 mV (intensitatea prag al unui impuls nervos).
Canalele de sodiu voltaj-dependențe se deschid și un număr și mai mare de ioni de sodiu pătrunde rapid în celulă, acest influx durează o miime de secundă, după care canalele se închid. Valoarea potențialului de repaus continuă să crească până la aproximativ +35 mV („pozitiv”), având loc o inversare temporară a polarității.
Dacă potențialul de acțiune este suficient de puternic pentru a depolariza o zonă învecinată a membranei prin deschiderea mai multor canale de sodiu voltaj-dependente, acea zonă se va polariza și procesul se va repeta. Unda de depolarizare se propagă în lanț, aceasta „călătorește” de-a lungul neuronului și reprezintă potențialul de acțiune sau impulsul nervos. Când potențialul de acțiune părăsește zona inițială membrana începe să se repolarizeze.
Canalele de sodiu se închid, iar cele de potasiu de deschid, declanșând astfel ieșirea potasiului din celulă, iar în consecință, sarcina din exterior redevine pozitivă și membrană se repolarizează. Întregul ciclu depolarizare-repolarizare are loc în mai puțin de o milisecundă, iar reîntoarcerea la starea de repaus necesită pomparea sodiului în exteriorul neuronului și are loc în secundele următoare.
Neuronul este refractar în starea depolarizată și nu poate transmite un alt potențial de acțiune decât dacă stimulul este foarte puternic. Doar odată ce ionii de sodiu au fost pompați în exterior și pontentialul de repaus a fost restabilit, neuronul este capabil să genereze un nou potențial de acțiune.
Celula nervoasă urmează legea „totul sau nimic”: un stimul suficient de puternic pentru a depolariza neuronul la pragul critic are ca rezultat un impuls nervos; un stimul mai puternic are ca rezultat același impuls; neuronul transmite sau nu impuls nervos; intensitatea impulsului nervos nu variază. Un stimul foarte puternic poate genera câteva impulsuri nervoase sau potențiale de acțiune succesive.
Propagare (conducere) saltatorie
Teaca de mielină sintetizată de către oligodendrocite în SNC și celulele Schwann în SNP permite o transmitere mai rapidă a impulsului nervos de-a lungul axonilor și/sau dendritelor mielinizate. Impulsul „sare” de la nod la nod în loc să progreseze constant de-a lungul neuronului deoarece ionii nu pot pătrunde sau ieși din neuron decât la nivelul nodurilor Ranvier prezente între celulele Schwann sau între prelungirile oligodendrocitelor.
Fenomenul poartă numele de propagare (conducere) saltatorie și mărește considerabil viteza impulsurilor, permițând reacții mai rapide la stimuli.
Exemplu: reacțiile reflexe necesită neuroni mielinici în SNP pentru a putea avea o viteză de reacție mai mare.
Sinapsa reprezintă joncțiunea dintre doi neuroni sau dintre un neuron și un efector: mușchi sau glandă. Sinapsa neuromusculară sau placa motorie este sinapsa dintre un neuron și o celulă musculară. Fanta sinaptică este spațiul din interiorul sinapsei, iar impulsul, atunci când ajunge la capătul axonului, nu poate sări peste ea și de aceea există un mecanism chimic ce conduce mesajul spre următorul neuron, mușchi sau glandă.
Neurotransmițătorii sunt substanțe chimice eliberate de butonii terminali ai axonului atunci când sunt stimulați de impulsul nervos, aceștia difuzând rapid prin fanta sinaptică, modificând astfel permeabilitatea următorului neuron. Ei au diferite roluri în organism (unii sunt inhibitori), iar alții sunt identici cu hormonii secretați de glandele endocrine.
În cazul în care există suficiente molecule de neurotransmițători, dendritele următorului neuron se depolarizează și impulsul nervos nou format este propagat mai departe. Neurotransmițătorii sunt sintetizați continuu, ei se găsesc în butonii terminali ai axonilor și sunt stocați în veziculele sinaptice, acestea fiind vezicule delimitate de o membrană.
Canalele de calciu voltaj-dependente se deschid când un impuls nervos ajunge la butonul terminal și ionii de calciu din exterior pătrund în axon, determinând astfel eliberarea neurotransmițătorilor din veziculele sinaptice prin exocitoză la nivelul membranei presinaptice.
Neurotransmițătorii se leagă mai apoi de receptorii aflați pe membrana dendritelor următorului neuron (membrană postsinaptică) după ce difuzează în fanta sinaptică. Acești receptori sunt molecule proteice ce formează canale ionice ce se deschid și permit intrarea ionilor de sodiu în dendrită, iar dacă există un influx suficient de sodiu depolarizarea are loc și impulsul nervos este generat din nou.
Sunt cunoscuți peste 50 de tipuri de neurotransmițători.
Acetilcolina este cel mai cunoscut neurotransmițător și este eliberată de către neuronii ce inervează mușchii scheletici la nivelul joncțiunii neuromusculare pentru a declanșa contracția musculară. Aceasta este eliberată și de unii neuroni din componentă vegetativă a SNP și de unii neuroni din encefal. Acetilcolina este descompusă de colinesterază după ce aceasta se leagă de receptori în interiorul sinapsei și de aceea stimulul are o durată scurtă în timp ce alți neurotransmițători, pentru a putea fi folosiți, sunt recuperați prin endocitoză.
Noradrenalina(norepinefrina) este un neurotransmițător bine cunoscut ce este eliberat de către neuronii simpatici pentru a declanșa reacția „fight or flight” („luptă sau fugi”) și de asemenea de către mulți neuroni din encefal și din măduva spinării. Adrenalina (epinefrina) și dopamina sunt alți neurotransmițători, iar împreună cu noradrenalina fac parte din clasa de substanțe organice numite catecolamine.
Alți neurotransmițători cunoscuți:
Potențialele postsinaptice:
Proprietățile unor neurotransmițători
Acest text nu poate fi copiat.
