HISTOFIZIOLOGIA TESUTULUI NERVOS

HISTOFIZIOLOGIA TESUTULUI NERVOS

La nivelul tesutului nervos se realizeaza un important proces de sinteza, are loc producerea impulsului nervos si, de asemenea, se desfasoara o activitate trofica si de regenerare.

FUNCTIA DE SINTEZA

Procesul complex de sinteza se desfasoara in cea mai mare parte in corpul neuronului, in general cu o viteza destul de mare. Neuronii produc proteine de structura, neuropeptide, hormoni si enzime care asigura integritatea moleculara si structurala a tuturor elementelor celulare. Inhibarea experimentala a sintezei proteice determina modificari la nivelul membranei plasmatice (axolema, neurolema).

Neurotransmitatorii sunt, de asemenea, sintetizati in neuroni. In cazul catecolaminelor, sinteza incepe de la tirozina care, sub actiunea tirozin-hidroxilazei, este transformata in DOPA; prin interventia dopa-decarboxilazei rezulta dopamina care, la randul ei, sub actiunea
dopamin-β-hidroxilazei este hidroxilata,
formand noradrenalina. Fenil-etanolamin-N-metil-transferaza transforma noradrenalina in adrenalina. Serotonina se formeaza prin hidroxilarea si decarboxilarea triptofanului. Acetilcolina se sintetizeaza pe seama colinei si a acetil-CoA, prin interventia colin-acetil-transferazei. GABA rezulta prin decarboxilarea acidului glutamic. Sinteza se produce, in parte, in pericarion, in parte, la nivelul prelungirilor; toate enzimele mentionate sunt elaborate in pericarion si transportate la nivelul prelungirilor, pe seama fluxului axonal si dendritic.

PRODUCEREA IMPULSULUI NERVOS

Proprietatea neuronului de a transmite semnale
de-a lungul prelungirilor sale se datoreaza propagarii impulsului nervos, prin declansarea unui proces electrochimic denumit potential de actiune, si care reprezinta o unda tranzitorie de depolarizare a membranei. Membrana plasmatica a neuronului contine urmatoarele tipuri de proteine membranare specializate:

pompe ionice membranare, cu rol de a mentine un gradient de concentratie ionica diferit intre mediul extracelular si cel intracelular;

canale ionice, cu rol de a modifica gradientul electrochimic transmembranar al neuronului; sunt considerate pori de modificare a permeabilitatii membranare fata de ioni, ca raspuns la semnale specifice;

canale receptor-dependente (grupate la nivelul sinapselor).

La nivel axonal, transmiterea impulsului nervos are ca punct de plecare hilul axonal, zona bogata in canale de sodiu si potasiu voltaj-dependente.

In conditii de repaus, fata externa a membranei plasmatice este incarcata electric pozitiv (datorita lichidului extracelular), iar fata interna este incarcata electric negativ (datorita continutului citosolic). Aceasta incarcare electrica este datorata concentratiei diferite a ionilor in mediul intracelular (unde predomina ionii de sodiu si clor) si extracelular (unde predomina ionii de potasiu).

ATP-aza, pe seama ATP-ului, pompeaza ionii de sodiu spre exterior si ionii de potasiu spre interior, raportul mentinut fiind de 3/2. Membrana plasmatica neuronala este permeabila pentru ionii de potasiu, astfel ca acesta, dupa ce a fost pompat intracelular, difuzeaza impotriva gradientului de concentratie si paraseste citoplasma.

Membrana plasmatica este insa impermeabila fata de ionii de sodiu si clor, astfel incat cantitatea de ioni de potasiu care paraseste celula este mai mare fata de cantitatea de ioni de sodiu si clor care patrunde, ceea ce determina, extracelular, o incarcare pozitiva importanta. Deoarece macromoleculele intracelulare sunt incarcate negativ, membrana nu permite trecerea lor spre exterior. Se realizeaza astfel o diferenta de potential de -70 mV care reprezinta potentialul de repaus. Astfel, membrana plasmatica este polarizata.

Sub influenta unui stimul (electric, termic, mecanic, chimic), are loc o modificare a incarcarii electrice pe cele doua fete ale membranei. Stimulul determina deschiderea canalelor de sodiu care patrunde in citoplasma, pe seama gradientului de concentratie; progresiv, se produce o echilibrare a sodiului intra si extracelular, ceea ce conduce la depolarizarea membranei. Modificarile ionice transmembranare genereaza un semnal electric numit "potential de actiune". Potentialul de actiune respecta legea "totul sau nimic" si se instaleaza la o rata de 1.000 impulsuri/secunda.

Patrunderea sodiului in celula determina pozitivarea incarcarii electrice a citoplasmei in acel punct (+30 mV). Modificarea va difuza de-a lungul membranei, pe fata interna si externa, inducand din aproape in aproape polarizarea acesteia.
In momentul in care sodiul intracelular atinge un varf, membrana devine permeabila pentru potasiu, care, prin deschiderea canalelor de potasiu, incepe sa apara extracelular, ceea ce reface starea de polarizare a membranei (respectiv, instalarea potentialului de repaus). Deschiderea canalelor potential-dependente care determina un potential de actiune poate fi considerata ca un sistem local de amplificare a depolarizarii membranei.

Astfel, potentialul de actiune se deplaseaza de-a lungul unui axon, din aproape in aproape. Potentialul de actiune se deplaseaza unidirectional, deoarece inchiderea canalelor de sodiu determina o perioada refractara a acestora fata de noi stimuli. Inactivarea canalelor de sodiu inchise in timpul perioadei refractare impiedica propagarea retrograda a undei de depolarizare.

Daca potentialul de depolarizare este slab (sub pragul critic), depolarizarea va ramane localizata, fara sa duca la aparitia unui potential de actiune. Daca potentialul de depolarizare este deasupra pragului critic, canalele de sodiu si potasiu se deschid, provocand o modificare "exploziva", care va induce propagarea de-a lungul fibrei nervoase.

Viteza de conducere a impulsului nervos variaza in functie de prezenta sau absenta mielinizarii, fiind descrise trei tipuri de fibre:
tipul A, de viteza inalta, tipul B, de viteza medie (ambele mielinizate) si tipul C, de viteza scazuta (amielinizate).

In fibrele nervoase mielinizate, depolarizarea are loc numai la nivelul nodurilor Ranvier, deoarece aici axolema contine o abundenta de canale ionice aglomerate si este expusa direct la mediul extracelular, iar teaca de mielina nu permite, pe parcursul segmentelor internodale, difuziunea spre exterior a ionilor de sodiu implicati in potentialul de actiune. Astfel, depolarizarea membranei la nivelul nodului Ranvier este urmata de o difuziune pasiva rapida a ionilor de sodiu pe fata interna a membranei si in fluidul extracelular de pe fata externa a tecii de mielina. Se realizeaza astfel "difuziunea saltatorie" sau "conducerea saltatorie" a potentialului de actiune, depolarizarea avand loc in noduri Ranvier succesive. In fibrele mielinizate cu segmente internodale lungi si teaca groasa (1-20 μm diametru), viteza de conducere este rapida (15-120 m/sec). Sunt incadrate in
tipul A, constituie aferente somatice si sunt implicate in transmiterea impulsurilor responsabile pentru senzatiile de durere acuta, temperatura, atingere, presiune si proprioceptie. In fibrele mielinizate cu segmente internodale mai scurte si teaca de mielina mai subtire (1-3 μm diametru), viteza de conducere este medie (3-14 m/sec). Sunt incadrate in tipul B, constituie aferente viscerale si fibre autonome preganglionare.

In fibrele nervoase amielinizate (0,5-1,5 μm diametru), deoarece ele nu prezinta teaca de mielina si noduri Ranvier, depolarizarea intereseaza in mod progresiv intreaga axolema, canalele ionice fiind prezente uniform de-a lungul acesteia. Se realizeaza astfel o conducere continua, pentru care este necesara o cantitate mai mare de energie, comparativ cu conducerea saltatorie. Viteza de conducere este lenta (0,5-2 m/sec). Ele sunt incadrate in tipul C si constituie fibrele autonome postganglionare; sunt implicate in transmiterea impulsurilor responsabile de durerea cronica.

TROFICITATEA SI REGENERAREA

Neuronul are un rol trofic manifestat atat asupra propriilor componente (fibre), cat si asupra altor elemente tisulare cu care formeaza jonctiuni
(alti neuroni, alte tipuri de celule tinta -
de exemplu, celula musculara).

Viabilitatea fibrelor nervoase presupune o continuitate nealterata fata de propriul pericarion.

Orice alterare a acestei continuitati (sectionare, compresiune prelungita) determina un proces de degenerare, urmat de tentativa de reparare morfologica si functionala. Acest proces, sustinut de reorganizari structurale si reactii metabolice, este numit in literatura de specialitate reactie axonala; el este posibil numai in cazul in care zonele sectionate se mentin in proximitate una fata de alta.

Reactia axonala implica trei tipuri de modificari, in raport cu localizarea: (i) locale, caracteristice strict locului de agresiune;
(ii) la nivelul segmentului distal, unde realizeaza degenerescenta walleriana; (iii) la nivelul segmentului proximal, unde realizeaza degenerescenta retrograda.

Degenerescenta walleriana (distala sau anterograda), instalata datorita intreruperii fluxului axonal, se desfasoara in etape succesive. In primele 48 de ore au loc alterari mitocondriale si ale citoscheletului, urmate de dezintegrari ale axolemei, ceea ce determina degenerarea segmentului distal al axonului (care capata un aspect de "margele", datorita intreruperilor). Dupa un scurt interval (cateva zile, pana la o saptamana), se observa fragmentarea tecii de mielina, urmata de aparitia de mase lipidice pe traiectul intregului segment distal. Implicit, sinapsa realizata prin terminatia axonala respectiva este compromisa.

Incepand aproximativ din ziua a saptea, celulele Schwann, cu proprietati fagocitare, incep "curatirea" resturilor axonale si mielinice. Trebuie mentionat faptul ca celulele Schwann, membranele lor bazale si tesutul conjunctiv suprajacent nu sufera modificari degenerative de-a lungul segmentului distal. La scurt timp, in zona lezata are loc o proliferare si o hipertrofie a celulelor Schwann, cu scopul de a restabili conexiunea cu celulele Schwann din segmentul proximal. Astfel, prin proliferarea lor, celulele Schwann formeaza un tub celular ce delimiteaza un spatiu periaxonal continuu, care, inconjurat de tesut conjunctiv, acopera distanta intre capatul proximal si fosta fanta sinaptica.

Prin aparitia de benzi suplimentare de celule Schwann, lumenul tubului isi reduce progresiv diametrul, iar in final se oblitereaza complet. Pe masura ce acest proces se desfasoara, in interiorul tubului au loc modificari: citoplasma celulelor Schwann se separa de membrana bazala suprajacenta, in paralel cu formarea de noi membrane bazale, care se vor aranja in maniera concentrica, de jur-imprejurul tubului. Se creeaza astfel, intre celulele Schwann si endonerv, multiple fante sau compartimente tubulare. Acestea vor servi drept ghidaj pentru regenerarea viitorului axon, dinspre segmentul proximal inspre fanta sinaptica. Cresterea axonului va avea loc pe suprafata externa a celulelor Schwann, urmand a fi infasurat de acestea, pentru mielinizare.

Degenerescenta retrograda este cu atat mai pronuntata cu cat leziunea axonului este mai apropiata de pericarion. Ea se extinde pe o mica distanta de la nivelul leziunii si se manifesta prin alterarea citoscheletului si a organitelor prezente in axon. Degenerarea proximala este limitata pana la ramul axonal colateral situat cel mai aproape, sau cel mult pe cateva segmente internodale.
In paralel, in pericarion apare o migrare laterala/periferica a nucleului, fragmentarea si disparitia corpilor Nissl (cromatoliza sau tigroliza, instalata la 1-2 zile post-leziune, maxima la doua saptamani), fragmentarea complexului Golgi, cresterea numarului de lizozomi; intregul pericarion sufera si un proces de hiperhidratare si tumefiere continua.

In cazul in care cantitatea de axoplasma pierduta este redusa, aceste modificari sunt tranzitorii si reversibile. (Daca, insa, cantitatea de axoplasma pierduta este importanta, modificarile sunt definitive, determinand moartea celulara.)

Procesul de regenerare a segmentului proximal incepe pe baza unei intense activitati de sinteza proteica la nivelul corpului neuronal, care are drept consecinta reluarea fluxului axonal anterograd.
La nivelul segmentului proximal apar ramuri axonale noi, care patrund si inainteaza (cu 3-4 mm/zi) in teaca asigurata de tesutul conjunctiv adiacent axonului, la care se adauga celulele Schwann proliferate (mentionate mai sus). Prima ramura care ajunge la locul fostei sinapse va avea rol de terminatie axonala propriu-zisa, stabilind o comunicare sinaptica efectiva. Celelalte ramuri axonale noi se opresc din crestere si involueaza.

Ca si concept general, procesul de regenerare implica fibrele din sistemul nervos periferic.

In sistemul nervos central, neuronii, fiind celule lipsite de capacitatea de diviziune, nu pot prolifera, iar distrugerea lor este definitiva. Neuronii lezati sunt fagocitati de microglii, iar celulele gliale prolifereaza compensator, dezvoltand cicatrici gliale care inlocuiesc zona de tesut nervos functional. Astfel, leziunile localizate in sistemul nervos central, cu afectarea corpurilor neuronale, sunt permanente.

In cazul sectionarii fibrelor din sistemul nervos central, procesul de fragmentare si degenerare completa a segmentelor de axon este mult mai indelungat, comparativ cu ceea ce se intampla in sistemul nervos periferic. Refacerea fibrelor la acest nivel este in general imposibila, partial si datorita faptului ca aici tesutul conjunctiv
(si, implicit, tecile formate de acesta) este absent. Un alt motiv citat in literatura de specialitate este prezenta tesutului cicatricial glial, despre care in prezent se considera ca impiedica regenerarea.