12. Fiziologia centrilor nervo și 2.1. Transmiterea informa ției în centrii nervo și În sistemul nervos, informa ția este vehiculat ă sub form ă de… [600980]

12. Fiziologia centrilor nervo și

2.1. Transmiterea informa ției în centrii nervo și
În sistemul nervos, informa ția este vehiculat ă sub form ă de impuls ne rvos (poten țial de acțiune) ce
se transmite de la un neuron la a ltul sau de la un neuron la o celul ă efectoare prin sinapse. Sinapsa neuro-
neuronal ă este o forma țiune specializat ă dintre 2 neuroni, prin care activitatea electric ă a unui neuron
(neuronul presinaptic) influen țează activitatea electric ă a altui neuron (neuronul postsinaptic). Leg ăturile
sinaptice se pot stabili și între neuroni și organe efectoare – mu șchi sau glande. În acest caz avem de a face
cu sinapse neuro-efectoare . Din punct de vedere anatomic, sinapsa include o por țiune din neuronul
presinaptic, o por țiune din neuronul postsinaptic și spațiul extracelular dintre cele 2 celule nervoase.
Când este activ ă, sinapsa poate modifica (cre ște sau descre ște) activitatea electric ă a neuronului
postsinaptic, prin producerea, la nivelul acestuia, a unor PL. Într-o sinaps ă excitatoare, poten țialul
membranar al neuronului postsinaptic este adus mai ap roape de pragul de depolarizare, pe când într-o
sinapsă inhibitoare poten țialul membranar este stabilizat la nivelul PMR sau îndep ărtat de pragul de
depolarizare.
Sute de neuroni presinaptici pot fi conecta ți funcțional prin sinapse cu un singur neuron
postsinaptic (fenomenul de convergen ță) sau un singur neuron presinaptic poate trimite ramifica ții spre
numeroși neuroni postsinaptici (fenomen numit divergență).
Gradul de excitabilitate al unui neuron postsinaptic la un moment dat, cu alte cuvinte cât de
aproape de pragul de depolarizare este poten țialul său membranar, este dat de num ărul său de sinapse care
sunt active în acel moment, precum și de propor ția dintre sinapsele excitatoare și inhibitoare. Dac ă
membrana neuronului postsinaptic ajunge la pragul de depolarizare, ia na ștere un PA care se propag ă de-a
lungul axonului spre regiunea sa terminal ă, care va influen ța excitabilitatea altui neuron sau a unui organ
efector. Deoarece "ie șirea" unui neuron reflect ă însumarea tuturor "intr ărilor" care ajung la neuron sub
forma impulsurilor excitatoare și inhibitoare, neuronii func ționează ca integratori. Pe aceast ă proprietate
se bazeaz ă funcționarea sistemului nervos și rolul său de mecanism integrator și reglator al activit ății
tuturor aparatelor și sistemelor organismului.

2.1.1. Clasificarea sinapselor
O astfel de ordonare se poate face pe ba za unor criterii structurale sau func ționale, dar de cele mai
multe ori aceste criterii se întrep ătrund.
Din punct de vedere structural , sinapsele se pot realiza între doi neuroni ( neuro-neuronale ) sau
între un neuron și o celulă a unui organ efector (sinapse neuro-terminale sau neuro-efectoare ). Sinapsele
neuro-neuronale pot fi axo-dendritice , când componenta postsinaptic ă este o dendrit ă, axo-somatice , când
componenta postsinaptic ă este reprezentat ă de membrana corpului celular, sau axo-axonice , când axonul
presinaptic se termin ă pe axolema (fig. 1) sau pe un buton term inal al axonului neuronului postsinaptic
(fig. 2).
Sinapsele dendro-dendritice se formeaz ă între spinele dendritice ale unor neuroni învecina ți și
rareori genereaz ă PA; ele au rolul de a modifica diferen ța de poten țial în membrana neuronului
postsinaptic. Aceste sinapse pot fi unidirecționale, când numai una dintre cele dou ă spine dendritice
conține vezicule cu mediator chimic, sau reciproce , când ambele spine con țin mediator chimic (fig. 3).
Numeroase sinapse dendro-dendritice excitatoare sunt prezente în neocortex, bulbii olfactivi și retină, iar
sinapse dendro-dendritice inhibitoare se g ăsesc în num ăr mare în nucleii de releu ai talamusului. Celelalte
tipuri de sinapse realizate între dendritele și soma neuronilor sunt mai rar întâlnite, dar au aceea și funcție
ca și sinapsele dendro-dendritice.
În sinapsele neuro-efectoare, numai componenta presinaptic ă este de natur ă nervoasă, componenta
postsinaptic ă fiind reprezentat ă de o celul ă muscular ă sau glandular ă. Aceste sinapse sunt clasificate în
funcție de natura neuronului presinaptic și de particularit ățile componentei efectoare (tabelul 1).

2

Fig. 1. Sinapsă axo-axonic ă. 1-componenta
presinaptic ă; 2-componenta postsinaptic ă. Fig. 2. Sinapsă axo-axonic ă între butonul terminal A
(componenta presinaptic ă) și butonul terminal B
(componenta postsinaptic ă). C – membran ă a unei
dendrite cu care face sinaps ă butonul terminal B. Sinapsa
A – B, inhibitoare sau excitatoare, este „presinaptic ă” față
de sinapsa B – C.

Tabelul 1. Clasificarea sinapselor din punct de vedere structural
Familii de
sinapse Tipuri Subtipuri Componenta
presinaptic ă Componenta
postsinaptic ă
NEURO-
NEURONALE axo-dendritice buton terminal dendrit ă
spină dendritic ă
axo-somatice buton terminal corp celular
axo-axonice buton terminal buton terminal
dendro-dendritice spină dendritic ă spină dendritic ă
dendro-somatice spină dendritic ă corp celular
soma-dendritice corp celular spină dendritic ă
soma-somatice corp celular corp celular
NEURO-
EFECTOARE
(NEURO-
TERMINALE) neuromusculare placa
motoare buton terminal al unui
neuron motor somatic sarcolema modificat ă a
unei fibre musculare striate de tip scheletic
sinapse de tip „varicozitate”buton terminal al unui
neuron motor vegetativ postganglionar sarcolema unei fibre
musculare striate de tip miocardic sau a unei fibre
musculare netede
neuroglandulare sinapse de tip
„varicozitate”buton terminal al unui
neuron motor vegetativ
postganglionar celule secretoare ale
glandelor exocrine sau
endocrine
Din punct de vedere func țional , sinapsele pot fi clasificate dup ă mecanismul de transmitere al
influxului nervos, în sinapse chimice , la nivelul c ărora mesajul electric este recodificat într-o form ă
chimică și astfel ajunge la neuronul postsinaptic, și sinapse electrice , prin care PA se transmite neuronului
următor ca atare, f ără mediație chimic ă. Un tip intermediar îl reprezint ă sinapsele mixte , în care coexist ă
elementele structurale specifice sinapselor electrice și celor chimice (vom reveni asupra acestui subiect).
După natura st ării generate la nivelul membranei pos tsinaptice, sinapsele chimice pot fi
excitatoare , când reac ția componentei postsinaptice la mediator ul chimic este o depolarizare (PPSE)
urmată de generarea unui nou PA, sau inhibitoare , când modificarea de poten țial electric în mernbrana
postsinaptic ă este o hiperpolarizare (PPSI) și nu se genereaz ă un nou PA (tabelul 2).

3
Fig. 3. Sinapse dendro-dendritice:
unidirecțională (a) și reciproc ă (b). Săgețile
indică sensul de transmitere a modific ărilor
de potențial electric.

Tabelul 2. Clasificarea sinapselor din punct de vedere func țional
După mecanismul de transmitere
a potențialelor După natura st ării generate
la neuronul postsinaptic
SINAPSE CHIMICE excitatoare
inhibitoare
SINAPSE ELECTRICE excitatoare
rectificatoare
SINAPSE MIXTE excitatoare
inhibitoare
2.1.2. Sinapse electrice
Sinapsele electrice sunt regiuni func ționale în care membranele celor doi neuroni sunt foarte
apropiate (fig. 6) și legate prin canale membranare de sodiu, caracteristice jonc țiunilor celulare "gap".
Aceste canale permit trecerea liber ă a curentului electric, astfel c ă un PA ajuns la o sinaps ă electrică trece
în neuronul urm ător fără întârziere la nivelul sinapsei. Cu cât suprafa ța de contact sinaptic între membrane
este mai mare și canalele intercelulare ale jonc țiunilor gap sunt mai numeroase, cu atât schimburile de
curent electric între componentele sinapsei vor fi mai mari. Sinapsele electrice, spre deosebire de cele chimice, permit trecerea influxului ne rvos în ambele sensuri, neexistând deosebiri structurale majore între
cele două componente sinaptice.
4ig. 6. Reprezentare schematic ă a sinapsei electrice (stânga): 1-neuron presinaptic; 2-neuron postsinaptic; 3-
joncțiuni gap. Imagine electronmicroscopic ă a unei sinapse electrice (dreapta) marcat ă prin săgeți, din neocortexul
de șoarece: D – dendrite; bara – 200 nm.

4Fanta sinaptic ă este de aproximativ 10 ori mai îngust ă decât în cazul sinapselor chimice, astfel c ă
ea nu func ționează ca rezisten ță electrică și nu mai apare necesitatea recodific ării informa ției din limbaj
electric în limbaj chimic, a șa cum se întâmpl ă în cazul sinapselor chimice. Spațiul îngust dintre cele două
membrane sinaptice permite stabilirea unor contacte ce se realizeaz ă prin joncțiuni gap. Aceste forma țiuni
sunt regiuni de apozi ție a două membrane celulare foarte apropiate, cuprinzând între ele un spa țiu foarte
îngust, de 20-30 Å, prin compara ție cu fanta sinapselor chimice, de 200-300 Å. Fiecare jonc țiune gap este
formată dintr-o agregare de câteva pân ă la 105 canale intercelulare, ce interconecteaz ă direct citoplasma
celor dou ă celule. Canalul este constituit din doi conexoni, aparținând fiecare uneia dintre cele dou ă
membrane celulare. Cei doi conexoni, dispu și cap la cap, alc ătuiesc un canal prin care citoplasma celor
două celule comunic ă.

Joncțiunile gap pot fi sensibile (se închid) la varia ții ale poten țialului membranar, la modific ări de
pH sau de concentra ție intracitosolic ă a Ca2+, precum și la schimbarea înclin ării celor 6 conexine în
membran ă. În cazul sinapselor electrice excitatoare, jonc țiunile nu sunt bvgsibile la ace ști factori. În cazul
sinapselor rectificatoare, modific ările mai sus men ționate pot închide conexonii unuia dintre neuroni, ceea
ce duce la sc ăderea frecven ței PA în neuronul postsinaptic sau chiar la inhibarea complet ă a transmiterii
sinaptice. Astfel, la nivelul sinapselor electrice rectificatoare , transmiterea impulsului nervos poate
deveni unidirec țională.
Sinapsele electrice sunt caracteristice sistemului nervos al nevertebratelor și cea mai important ă
funcție a lor este s ă sincronizeze neuronii care în mod normal sunt activa ți deodată. În încreng ătura
vertebratelor, le întâlnim în organele electrice ale unor pe ști sau între neuronii care activeaz ă în mod
sincron aripioarele pectorale la pe știi zburători, dar și la vertebratele superioare și chiar la om, în nucleii
vestibulari din bulb (unde se cer reac ții nervoase foarte rapide, necesare men ținerii sau restabilirii pozi ției
corpului în spa țiu), în retin ă, bulbul olfactiv și în neocortex.
Avantajele sinapselor electrice:
– simplitatea transmiterii – sinapsele electrice nu implic ă aparatul complex necesitat de
transmiterea chimic ă: vezicule cu mediator chimic, canale ionice, receptori membranari etc.
Structura conexonilor
Conexonul este un hexamer format din subunit ăți proteice numite conexine (fig. 7a). Cei doi
conexoni care alc ătuiesc un canal sunt deplasa ți rotațional unul fa ță de celălalt cu un unghi de 30o, astfel
că fiecare conexin ă a unei membrane vine în contact cu dou ă conexine ale conexonului din membrana
opusă (fig. 7c). Cei șase “lobi” ai unui conexon trebuie s ă se potriveasc ă în cele șase “depresiuni” ale
conexonului opus, pentru a izola perfect cit oplasma celulelor de mediul extracelular.

Fig. 7. Structura conexonilor și modul de amplasare în membranele pre- și postsinaptic ă

5- rapiditatea transmiterii – deoarece nu este necesar ă recodificarea informa ției din limbaj electric
în limbaj chimic și invers, practic nu exist ă întârziere sinaptic ă.
– sinapsele electrice pot ac ționa ca dispozitive de sincronizare sau de cuplare – fluxul de curent
între neuronii învecina ți le permite s ă transmită impulsul electric sincron.
Dezavantajele sinapselor electrice:
– datorită simplității structurale, sinapsele electrice nu sunt capabile de modularea fin ă a
impulsului nervos transmis.

2.1.3. Sinapse chimice
Structura func țională a sinapsei chimice
Deși există o mare varietate de sinapse chim ice din punct de vedere al formei și dimensiunilor
componentelor (fig. 8), câteva caracteristici de baz ă sunt comune tuturor acestor forma țiuni, sinapsa dintre
doi neuroni sau dintre un neuron și o celulă efectoare fiind o structur ă care apar ține ambelor celule:
– componenta presinaptic ă este reprezentat ă de unul dintre butonii terminali ai axonului
neuronului presinaptic (fig. 9). Neurofibrilele , răspunzătoare de transportul orto- și antidromic al
substanțelor chimice și organitelor celulare, p ătrund pân ă în axoplasma butonului terminal. În jurul
neurofibrilelor se afl ă numeroase mitocondrii ce furnizeaz ă energia necesar ă transmiterii sinaptice,
precum și vezicule cu mediator chimic. Veziculele sunt structuri rnembranare sferice, cu diametrul cuprins
între 300 și 1600 nm, care pot con ține unul sau mai multe tipuri de neurotransmi țători. Tehnici speciale de
colorare folosite în microscopia electronic ă au arătat că membrana presinaptic ă (porțiunea din membrana
butonului terminal care este implicat ă în sinaps ă) posedă o rețea de filamente care poate conduce
veziculele spre situsurile active ale memb ranei, unde ele pot fuziona cu aceasta.
Veziculele aflate în apropierea membranei presinaptice, care sunt ancorate de membran ă și
descarcă primele mediatorul chimic în fanta sinaptic ă, formeaz ă grupul veziculelor imediat disponibile.
Cele situate la oarecare distan ță de membrana presinaptic ă, care sunt utilizate dup ă epuizarea veziculelor
imediat disponibile, se numesc vezicule de rezerv ă. Deoarece eliberarea mediatorului chimic din vezicule
este un proces Ca2+-dependent, membrana presinaptic ă este bogat ă în canale ionice pentru calciu, care sunt
canale voltaj-dependente ce se deschi d la sosirea unui PA prin membrana butonului terminal. Pompele de
Ca2+ reprezint ă un mecanism activ de transport ce va restabili concentra ția intracelular ă a calciului, odat ă
încheiată transmiterea sinaptic ă.
– componenta postsinaptic ă este reprezentat ă de dendrit ă sau de soma, în unele cazuri de o
porțiune din axonul neuronului postsinaptic; membrana acestei p ărți a neuronului, sau membrana unei
celule a organului efector pe care se termin ă butonul terminal, poart ă numele de membran ă postsinaptic ă
și are o structur ă foarte diferit ă de a membranei presinaptice. Majoritatea canalelor ionice din membrana
postsinaptic ă sunt ligand-dependente , puține sunt canale "de scurgere" și practic nu exist ă canale voltaj-
dependente. Canalele ligand-dependente necesit ă prezența unor receptori membranari , deschiderea lor și
accesul ionilor în interiorul celulei fiind condi ționate de recunoa șterea și legarea stereocomplementar ă a
mediatorului chimic (ligand) pe receptori. Receptorii membranei postsinaptice sunt forma țiuni ce prezint ă
specificitate structural ă, în funcție de neurotransmi țătorul utilizat la nivelul sinapsei respective. Spa țiul
citoplasmatic subiacent membranei postsinaptice poart ă numele de densitate postsinaptic ă și are o
organizare structural ă și funcțională deosebit de complex ă. Conține sute de componente, în majoritatea lor
proteice: receptori postsinaptici ata șați membranei sau preg ătiți pentru ata șare, proteine ale citoscheletului,
proteine adaptor, proteine transportoare, canale ionice și proteine traductoare ata șate acestora, molecule
semnal ce fac parte din numeroase c ăi de semnalizare implicate în transmiterea sinaptic ă, enzime,
mesageri secundari, pompe ionice.
– fanta sinaptic ă este un spa țiu extracelular, cu o l ărgime de 30 – 50 nm (200-300 Å), care separ ă
componenta presinaptic ă de cea postsinaptic ă. În cazul sinapselor chimice, acest spa țiu este suficient de
mare pentru a prezenta rezisten ță electrică și a împiedica trecerea impulsului nervos, sub forma PA, direct
de la o celul ă la alta. La nivelul fantei sinaptice, trecerea impulsului nervos la celula urm ătoare este
mediată chimic, prin molecule de neurotransmi țător care sunt eliberate din membrana presinaptic ă și
difuzează spre membrana postsinaptic ă.

6
Fig. 8. Diversitatea asocia țiilor sinaptice pe care le
realizează o fibră nervoasă de pe o cale ascendent ă
din măduva spin ării. A – sinaps ă axodendritic ă
simplă; B – sinaps ă presinaptic ă (facilitatoare sau
inhibitoare) care se termin ă pe componenta
presinaptic ă a sinapsei axodendritice; C – triad ă
sinaptică; D – complex sinaptic ce se termin ă pe o
spină dendritic ă a neuronului postsinaptic.
Asemenea dilata ții (spine) dendritice sunt
caracteristice pentru SNC și se crede c ă au rol în
procesul de înv ățare. a-axon; d-dendrit ă; sp.d-spin ă
dendritică.
Deosebirile de structur ă dintre membrana pre- și postsinaptic ă (membrana presinaptic ă nu are
receptori conecta ți la canale ionice ligand-depe ndente iar componenta postsinaptic ă nu conține vezicule cu
mediator chimic) duce la o polarizare func țională, adică transmiterea influxului ne rvos se poate face într-
un singur sens, de la componenta pre- la cea postsinaptic ă.
Importantele diferen țe funcționale dintre sinapsele din SNC so matic, sinapsele neuromusculare ale
musculaturii scheletice și sinapsele neuro-efectoare din SNV rezid ă în deosebirile de structur ă funcțională.
În SNC, suprafa ța de membran ă neuronal ă care particip ă la realizarea unei sinapse este relativ mic ă, iar
depolarizarea produs ă în membrana postsinaptic ă de o sinaps ă individual ă reprezint ă o parte infim ă din
pragul de depolarizare al unui neuron postsinaptic. Din aceast ă cauză, zeci sau sute de sinapse trebuie s ă
contribuie la depolarizarea membranei postsinaptice pân ă la prag, pentru a se putea genera un PA.

Fig. 9. Structura func țională a unei sinapse chimice

7
În sinapsele neuromusculare de tip plac ă motoare , butonul terminal intr ă în relație cu o suprafa ță
mare din membrana fibrei musculare, care la nivelul sinapsei este pliat ă (fig. 10). Aceast ă structură
restrâge pierderile de mediator chimic ca urmare a difuziunii lui în fanta sinaptic ă și oferă o arie mai larg ă
de acțiune moleculelor de mediator. Majoritatea fibrelor musculare scheletice au o singur ă sinapsă și orice
PA care ajunge la butonul terminal produce o depolarizare suficient de mare în sarcolem ă (potențial local
terminal de plac ă – PLTP) pentru a atinge pragul și a iniția un PA în componenta postsinaptic ă.

Fig. 10. Sinapsa neuro-muscular ă (placa motoare). 1-
buton terminal; 2-fant ă sinaptic ă; 3-fibră muscular ă
scheletică; 4-vezicule cu mediator chimic; 5-mitocondrii;
6-membran ă postsinaptic ă (aparatul subneural al lui
Couteaux).

În sistemul nervos vegetativ , neuronii eferen ți pătrund în organele efectoare și elibereaz ă molecule
de mediator chimic dintr-o serie de dilata ții sau varicozități. Distanța dintre varicozit ăți și membrana
celulei efectoare este mai mare decât fanta sinaptic ă din SNC, astfel c ă mediatorul difuzeaz ă spre o arie
mai largă a membranei postsinaptice. Suprafa ța de membran ă a celulei efectoare care posed ă receptori
postsinaptici este mai extins ă. Astfel de sinapse mediaz ă mai încet transmiterea PA iar r ăspunsurile
efectorului sunt prelungite. Distribu ția largă a receptorilor face ca membrana postsinaptic ă să fie sensibil ă
nu numai la mediatori chimici ci și la hormoni, care pot fi molecule similare sau chiar identice
mediatorilor, aduse de sînge (ne gândim aici la adrenalin ă și noradrenalin ă, care sunt mediatori ai
sinapselor neuroefectoare în SNVSi și hormoni ai glandei medulosuprarenale).

Lectură Spinele dendritice
Spinele dendritice sunt protruzii neur onale ale dendritelor, care formeaz ă componenta
postsinaptic ă a unei sinapse excitatoare. Spinele con țin receptori ai mediatorilor chimici, organite și
sisteme de semnalizare esen țiale pentru func ționarea și plasticitatea sinapsei (fig. 11 și 12). Formarea,
plasticitatea și menținerea spinelor depind de intensitatea activit ății sinaptice și pot fi modulate de
experiența senzorial ă a organismului. Peste 90 % dintre sinapsele excitatoare se termin ă pe spine
dendritice; creierul uman con ține peste 1013 spine. Astfel de forma țiuni se pot forma și din membrana
corpului celular sau a conului axonic. Numeroase afec țiuni sunt asociate cu formarea unor spine
dendritice anormale: schizofrenia, sindromul Down , encefalita, HIV, atrofia olivopontocerebelar ă etc.
În procesul de îmb ătrânire, num ărul spinelor dendritice se reduce mult și apar anomalii privind structura
și funcția lor.
Fig. 11. Spine dendritice pe un neuron hipocampic
în cultură, încărcat cu calcein ă. Imagine 3D ob ținută
cu microscopul confocal. Lungimea total ă a unei
spine mature este de 1,5 μm.

8

Fig. 12. Reprezentare schematic ă
(sus) și imagine electron-
microscopic ă (jos), a unei spine
dendritice în form ă de ciuperc ă,
din hipocamp de șobolan. Bara –
300 nm.