Upload
others
View
3
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
11/4/2013
1
Medical Physiology- W.F.Boron
Target Audience. We wrote Medical Physiology primarily as an introductory text for medical students, although it should also be valuable for students in the allied health professions...
Neurofiziologie -curs Mecanisme celulare ale excitabilităţii
Generarea, transmiterea şi procesarea semnalului in sistemul nervos
Fiziologia senzorială
11/4/2013
2
Noţiuni introductive
Organizarea morfofuncţională a SN
Macroscopică
Microscopică
Funcţională
Organizare morfofuncţională a SN
Macroscopică -sistem nervos central -sistem nervos periferic
Microscopică -celule: neuroni -celule: celule gliale
sinapse
11/4/2013
3
Organizare funcţională a SN
Sistem nervos vegetativ
Sistem nervos somatic
Creierul holistic
Suportul genetic al SN
Neuroscience is awaiting for a breakthrough: An essay bridging the concepts of Descartes, Einstein, Heisenberg, Hebb and Hayek with the explanatory formulations in this special issue. E. Başar, Karakaş . Intern. J. Psychophysiology. 60 (2006) 194–201
... understanding the brain/body–mind complex is possible only when these three are considered as a holistic entity and not as discrete structures or functions.
11/4/2013
4
Mecanisme celulare şi
moleculare ale excitabilităţii
Excitabilitate Excitabilitate - capacitatea (condiţia) unui sistem viu de a capta semnale specifice, ca formă de actualizare a informaţiei, necesară organizării lui întru adaptabilitate şi continuitate
11/4/2013
5
Interacţiunea stimul - receptor - răspuns
chimic
fizic
stimul
R e
c e
p t
o r
P r
o c
e s
o r
? răspuns
Câmpul electromagnetic este realitatea fizică cu care suntem în contact permanent şi nemijlocit, deşi nu avem simţuri pentru a o percepe. În odaia în care stăm, în parcurile în care ne plimbăm, în noi înşine, totul este plin de câmp electromagnetic, în fiecare moment, datorită câmpului electromagnetic, fiecare cută a fiinţei noastre este pătrunsă de toate melodiile care se cântă pe Pământ, ba şi de şoapte din afara lui, rostite poate cu miliarde de ani în urmă. A.Ţugulea- Câmpul electromagnetic? Ed. Agir, 2011
11/4/2013
6
La nivelul cel mai
elementar, noi nu
suntem o reacţie
chimică ci o sarcină electrică...
Hans Berger
de la telepatie la EEG
11/4/2013
7
Abstract Evidence for signaling, communi-cation, and conductivity in microtubules (MTs) has been shown through both direct and indirect means, and theoretical models predict their potential use in both classical and quantum information proce-ssing in neurons.
A critical assessment of the information processing capabilities of neuronal microtubules using coherent excitations. Craddock T.J.A, Tuszynski J.A. J Biol Phys (2010) 36:53–70
Interacţiunea stimul - receptor - răspuns
chimic
fizic
stimul
R e
c e
p t
o r
P r
o c
e s
o r
? răspuns
11/4/2013
8
…Due to its ability to give rise to spontaneous activity, the brain does not simply process information but also generates information.
György Buzsáki
...spontaneous neuron activity, far from being mere noise, is actually the source of cognitive abilities.
...the source of spontaneous neuron activity (noise), has never been identified and has been assumed to result from brain’s imperfections.
11/4/2013
9
Citation Report
Author: Buzsaki G
Results found (no. of papers): 212
Sum of the Times Cited: 14,713
Average Citations per paper : 69.40
h-index (Hirsch index): 66
ISI Web of Science®
Interrelaţiile dintre propietăţile membranei celulare şi principalele dimensiuni ale existenţei
sistemelor biologice
identitate
excitabilitate
adaptabilitate
evoluţie
Premise
permeabilitate selectivă
membranară
11/4/2013
10
Halobacterium salinarium
- Canale ionice
- Pompe ionice
- Transportori ionici
Sistemul de transport ionic membranar (STIM)
- Mecanisme ale transportului ionic
11/4/2013
11
Molecule hidrofobe Subst.
steroidice
O2 CO2 N2
Apă
Glicerol
Uree
Zaharoză Glucoză
Na+, H+, K+ Ca2+, Mg2+
HCO3-, Cl-
Molecule mici nepolare
Molecule mari nepolare
Ioni
11/4/2013
12
Bacteriorodopsina (Alberts B. 2008)
Extracelular
Citosol
Bistrat lipidic (3nm)
Retinal legat de lizina
11/4/2013
13
transport pasiv
transport membranar
difuzie
simpla
mediat ă de canale
mediat ă de transportori
mediat ă de pompe transport activ
bistrat lipidic
canal proteic transportori
Gradient de concentra ţie
adaptat dup ă MOLECULAR BIOLOGY OF THE CELL. 2008
Canale ionice
- controlate fizic
- controlate chimic:
- mecanic
Canale ionice controlate (gated)
Canale ionice fără poartă necontrolate (nongated)
- termic TRP
- de voltaj
- neurotransmiţători - ioni, H+
- produşi metabolici ş.a
11/4/2013
14
Canale ionice fără poartă (de repaus)
-fluxul ionic de cca. 1000 de ori mai redus decât cel prin canale ionice controlate (cu poartă)
-asigură menţinerea potenţialului de repaus prin transportul ionic pasiv, în echilibru cu transportul activ primar şi secundar
Clasificare: K+, Na+, Ca2+, Cl-
Canale ionice cu poartă
Particularităţi: -permit un flux contolat mai rapid...
-participă la generarea, transmiterea sau modularea potenţialului de acţiune
-au fost descoperite primele
-prezintă o diversitate mai mare
-reprezintă principala ţintă terapeutică
11/4/2013
15
Canale ionice controlate de voltaj
Canale de Na+ voltaj- dependente
Structura canal de Na voltaj dependent
identificat 1970
P P
11/4/2013
16
Curent de poarta
_ _ SCTXTTX
+ +
+ +
+ +
+
+ +
+ +
+ +
+
__ __
LA
Senzor de voltaj
Bis
trat
lipid
ic
BTX
Poarta
Por
Extracelular_ _ SCTXSCTXTTXTTX
+ +
+ +
+ +
++
+ +
++
+ +
+ +
+ +
+ +
+
__ __
LALA
Senzor de voltaj
Bis
trat
lipid
ic
BTXBTX
Poarta
Por
Extracelular
poart ă de inactivare
poart ă de activare
extracelular
membran ă celular ă
+
Canale de Na + voltaj- dependente
11/4/2013
17
REPAUS (închis)
+
INACTIVAT (închis)
ACTIVAT (deschis)
+
Permeabilitatea membranei celulare depinde de:
-interacţiunea ionilor cu apa
-bistratul lipidic membranar
-canale ionice
11/4/2013
18
K+ ansă de selecţie filtru de selecţie
O O
O O O
O
Filtrul de selec ţie
vestibul por
citosol
ΦNa = 0,095 nm
ΦK = 0,133 nm
Canale voltaj-dependente - Canale pentru Na+
- distribuţie – 30-10000/µm² - 10 gene pt. Na V
-subunitatea α - (α1- α9/ Nav 1- 9)
-subunitatea β
-1800-2000 aa - formează porul canalului
- controlează transportul ionic - ancorează canalul în membrana celulară
- structură
11/4/2013
19
Canale de Na+ voltaj- dependente
- transport - 107 ioni/sec./canal
- rol
- faza depolarizare a PA - conducerea PA in fibrele nervoase
-canalopatie -paralizie periodică hiperkaliemică – inactivarea întârziată a Na V muscular
Distribuţie, rol
Canale de Na+ voltaj- dependente
Nav 1-3, Nav 6-9 – în SNP, SNC cu rol in durere – pot fi mai multe tipuri pe acceaşi celulă nervoasă
Nav 4-5 – în m. scheletic şi miocard
Nav1.6 – în celule imune, microglia şi macrofage
11/4/2013
20
Canale pentru K+ voltaj-dependente
- diversitate genetică -peste 200 gene (peste 50 la om)
- rectificare
- modularea excitabilităţii celulare prin depo-/hiperpola-rizarea membranei
- controlul duratei p. a.
- rol:
Canale pentru K+ voltaj-dependente - clasificare
-cn.K tip M - Ach
- cn.K+ dependente de vol. cel.
-cn.K dependente de Ca – cel β pancreatice
-cn.K dependente de ATP - cel.β-pancreatice- ATP închiderea cn. K depolarizare
-miocardice - ATP/ADP activarea cn K hiperpolarizare
11/4/2013
21
Saxitoxină
Novocaina
TEA
TTX
Variaţia PA indusă de blocanti
Mordecai P. Blaustein. Cell. Physiol.and Neurophysio. Ed. Elsevier 2012
Canale pentru Calciu voltaj-dependente - distribuţie - 100/µm²
- transport - 180000 ioni/sec./cn -tipuri: - activat la potenţial înalt pozitiv
- modulat - AMP c
- blocanţi: - dihidropiridine: nimodipin, nifedipin, nicardipine;
L
- fenilalchilamine: verapamil, gallopamil;
- benzotiazepine : diltiazem
11/4/2013
22
Canale pentru Calciu voltaj-dependente
Canalopatii legate de canale de tip L
-cecitate congenitală nocturnă incompletă – ambele tipuri de receptori- parţial afectate
-cecitate congenitală nocturnă completă- cel.cu bastonas nefuncţionale .
Canale de Calciu voltaj-dependente
-Tipuri:
P/Q:
T: - conductanţă mică
- rol -pacemaker
- activat la voltaj intermediar
- activat la potential negativ
N: - blocant - ω-conotoxină
P-cel.Purkinje; blocant- ω-agatoxină
Q- cel granulare; ω - agatoxină
- blocant- mibefradil
11/4/2013
23
Canale ionice controlate mecanic
membrană celulară
extrcelular
intracelular
membrană celulară
intracelular
situs de ancorare
proteină fibrilară
11/4/2013
24
membrană celulară
poartă proteină fibrilară
situs de ancorare extrcelular
intracelular
STIM
Canale ionice controlate termic (vezi superfamilia TRP)
TRPV1 - temperatura >430C
TRPM8 – temperatura 8-28 0C, mentol
TRPA1 – usturoi, mustar
11/4/2013
25
Tranzient Receptor Potenţial TRP superfamily ion channels
(Superfamilia canalelor ionice cu potenţial tranzitoriu de receptor) -sunt activate de diferiţi factori: -fizici: lumină, variaţii de temperatură; -chimici: Vaniloizi , Melastatină, Policistină, Mucolipină şi Anicrină
-permit transportul cationilor, în special Ca şi Na
TRP superfamily ion channels
TRPC (canonical): TRPC1, TRPC2, TRPC3/6/7, TRPC4/5
-sunt canale pentru Ca şi/sau Na
-sunt activate de PLC activată prin: a)cuplarea receptorilor de către liganzi =receptor operated channels -DAG- TRPC3, TRPC6- vasoconstricţie
b)Ca din depozitele celulare = store-operated channels
11/4/2013
26
Canale controlate chimic
Canale ionice – Ach
11/4/2013
27
Schema generala a receptorului de NMDA N-metil-D-aspartat; PCP- fenciclidina; MK-801 - dizocilpina
Ka
ina
t
20
0 n
M,
CA
3
CONTROL CRIZĂ EVOCATĂ CRIZĂ SPONTANĂ
Bic
ucu
lin
ă
20
µµ µµM
, C
A3
Bicuculina
11/4/2013
28
particularit ăţi funcţionale
POMPE IONICE
- transport activ-ioni, mol. organice - implică reacţii enzimatice - rată mică de transport
POMPE IONICE tip P
- Pompa Na-K
- Schatzmann 1953 glicozide cardiace - Skou, 1957 ATP-aza activata de Na şi K 1977, PN
11/4/2013
29
Pompa Na-K
NNN
CCC
SSSiiitttuuusss dddeee llleeegggaaarrreee aaa CCCaaa222+++
EEExxxtttrrraaaccceeelll
IIInnntttrrraaaccceeelll...
SSSiiitttuuusssuuulll AAATTTPPP---aaazzzeeeiii
CCCaaalllmmmoooddduuullliiinnnăăă
AAA
SSSiiitttuuusssuuulll dddeee llleeegggaaarrreee aaa AAATTTPPP
Pompa de Ca
11/4/2013
30
- Na/H
Transportori ionici
- Cl/HCO3 - - Na/K/2Cl
- K/Cl
- Na/Ca
- Na/ aa, Na/G - Na/HCO3
3Na+
Ca2+
Cl-
K+
H+
H+
Ca2+
K+
Cl-
Cl-
AA
Na+
POMPE
CANALE
K+
TRANSPORTORI
11/4/2013
31
S T I M Reglare
Interrelaţii excitabilitate-metabolism
Control genetic al sintezei
Control epigenetic al sintezei şi funcţiei
Aspecte terapeutice
Distribuţia sarcinilor electrice
11/4/2013
32
Concentraţia intra- extracelulară a principalilor ioni în celula mamiferelor (mMol) Ion Extracelular Intracelular Na+ 145 12 K+ 4 155 Ca2+ 1.8 0.001(rep)– 0.1(activ.) Cl– 123 4.2 Mg2+ 1.5 0.8
Potenţial de acţiune
50
0 m
V PA
Na+
K+
11/4/2013
33
timp (ms)
+20 - 60
P
m (
mV
)
Variaţia potenţialului de membrană în raport cu activitatea celulei nervoase
repolarizare depolarizare
hiperpolarizare
depolarizare
repolarizare
11/4/2013
34