Fisiologia 1 - Fisiologia nervoso

Sistema nervoso

Neurone

Neurone → unità funzionale del sistema nervoso (prime cellule che si sviluppano nell’embrione) ha circa 10.000 → dendriti. Grande variabilità morfologica.

Cellule gliali

Cellule gliali → supporto ai neuroni. Abbiamo un sistema afferente, quindi tutti i recettori, un sistema recettoriale che porta l’informazione circa gli stimoli esterni all’encefalo. Un sistema efferente, sistema di effettori, risposta allo stimolo.

Sistema di elaborazione

Sistema di elaborazione → funzione dell’informazione integrativa, integrazione di tutte le informazioni che arrivano per selezione ed elaborazione di esse per poi indurre una risposta.

Assone 20 volte più spesso del dendrite, quest’ultimo non può generare un potenziale d’azione perché è inconsistente dal punto di vista citoplasmatico. In teoria nasciamo con un numero ben definito di neuroni, ma ci sono studi che confermano la presenza in alcune aree di neuroni che sostituiscono i vecchi o danneggiati → plasticità neuronale.

Organizzazione del neurone

Organizzazione neurone → corpo cellulare (soma) molto grande dove ci sono il nucleo e tutti gli organuli. Dendriti, molto sottili, (1 micron di diametro) sono molti ed hanno variabilità numerica in base agli stimoli che l’organismo riceve. Tra loro vengono in contatto tramite le sinapsi, + questo porta all’apertura dei canali ionici ma non generano potenziali d’azione! Il Na⁺ entra ma non genera il potenziale nei dendriti perché non c’è consistenza, sono troppo piccoli! Ioni Ca²⁺, Na⁺, ecc. entrano e cambiano l’elettronegatività del neurone. La sommatoria di tutte le afferenze se un neurone, se si avvicinano al valore soglia, (?????????) Hillock (segmento terminale, emergenza dell’assone). Abbiamo canali voltaggio dipendenti, solo in questo tratto.

Assone: molto più spesso, arriva anche a 2-5 mm, soprattutto gli assoni che danno segnali motori. Più è spesso l’assone, maggiore è la velocità di trasporto. Assone mielinico, rivestito da mielina prodotta da cellule di Schwann, a formare i nodi di Ranvier, potenziale d’azione avviene a livello di essi. D.E. perché è straordinaria questa cosa? Velocità di conduzione aumentata (saltatoria), non passa attraverso i segmenti mielinizzati, perché la mielina è costituita da lipidi, che fanno da isolante. Sarebbe più difficile dover produrre un'unica onda che depolarizza tutto l’assone. Risparmio energetico: la ripolarizzazione di un assone lungo è molto più dispendiosa in termini di pompe sodio-potassio. Così ne servono meno.

Sistema di trasporto

Il soma neuronale produce neurotrasmettitori, li confeziona in vescicole lipidiche che dal Golgi, tramite i microtubuli contenuti nell’assone, raggiungono destinazione. Ma anche le vescicole con le proteine + canale per il Na⁺, non sono eterne, bisogna cambiarle ogni tot. C’è un vero e proprio sistema di trasporto, detto flusso assonico. Sui microtubuli si legano e camminano le proteine, consumando ATP. Chinesine (famiglia di proteine facenti parte, insieme alla miosina e alla dineina, della famiglia dei motori proteici) portano le vescicole dal corpo → cellulare all’estremità assonica, per la sinapsi; altre sostanze, per esempio i canali, bisogna riciclarli. Dineine trasportano dalla periferia al centro.

Sinapsi

Sezione di un bottone sinaptico (quindi elemento presinaptico) che prende contatto con elemento post-sinaptico. → Sinapsi Neurone-neurone Neurone-organo bersaglio (muscolo/ghiandola) D.E. Arriva lo stimolo (che viaggia nell’assone molto velocemente grazie alla conduzione saltatoria), al bottone sinaptico (dove non c’è più la guaina mielinica), il potenziale d’azione quindi raggiunge il bottone. Qui abbiamo proteine canale voltaggio-dip per il Ca²⁺, che quando arriva il potenziale, si aprono e questo entra! Promuove esocitosi vescicole → neurotrasmettitore. SE NON C’E’ CALCIO NO LIBERAZIONE VESCICOLE LA SINAPSI NON FUNZIONA! Infatti una modalità di disattivazione del “circuito”, detta inibizione presinaptica, consiste nel bloccare apertura dei canali per il Ca²⁺!

Il neurotrasmettitore, per esempio acetilcolina, noradrenalina, adrenalina (puntini verdi) si riversa nella doccia → sinaptica, raggiungono i recettori dell’elemento post-sinaptico legame neurotr-recettore apertura canali → + flusso ionico di Na⁺ (se l’impulso è eccitatorio, altrimenti inibitorio K⁺) si porta all’interno e quindi l’elemento post-sinaptico risponde. La velocità di scarica della sinapsi è molto alta, anche 100-150 p.a. (rilasci di neurotrasmettitore) al minuto. Le vescicole che riversano il nt tramite esocitosi, hanno una composizione lipidica come la membrana andandosi a fondere col terminale ogni 10 secondi in teoria dovremmo avere un aumento spropositato del piede sinaptico questo non avviene perché le vescicole all’esterno sono rivestite da proteine (CLATRINE), dotate di resilienza quasi elastiche che una volta avvenuta l’esocitosi (quindi l’apertura della vescicola), riacquistano (le proteine) la conformazione originale e si riportano dentro la porzione di membrana (la vescicola) verso l’interno del processo → sinaptico, viene ricaricata con il neurotrasmettitore e si prepara ad essere di nuovo rilasciata. Le sinapsi riciclano sia il neurotrasmettitore sia le membrane lipidiche! Questo riciclo è molto funzionale perché altrimenti avremmo un aumento spropositato del piede sinaptico!

Il neurotrasmettitore che viene riversato nella doccia deve essere subito inattivato! Se non fosse così avremmo: una iperattività dell’elemento post-sinaptico (molto pericoloso se l’organo di bersaglio è un muscolo!); se il recettore rimane legato troppo a lungo con il nt, non può avvenire un secondo evento funzionale e la frequenza di scarica sarebbe troppo bassa! È un problema perché la f. di scarica è un segnale importante di comunicazione → intraneuronale! per impedire un sovraccarico della sinapsi e per consentire un nuovo potenziale d’azione.

Inattivazione

• Aspecifica con i movimenti Browniani che sono attivi anche a questo livello lo portano via dal piede sinaptico e quindi non è più a contatto coi recettori; si diluisce progressivamente;
• Enzimatica nella doccia c’è già un enzima che disattiva, degrada il nt! Acetilcolina – aceticolinesterasi – inibita da esteri fosforici Catecolamine - MonoAmminoOssidasi (MAO) o da COMT – catechol-O-methyl-transferasi.

Tipologia di sinapsi

• Elettriche (numero esiguo rispetto alle chimiche) funzionamento primordiale p.a. passa da un elemento pre-sinaptico ad uno post-sinaptico direttamente; il problema è che lo stimolo può andare solo da dx sx e viceversa non ha direzionalità. Sinapsi molto semplice, non ha polarità.
• Chimiche: elemento pre-gangliare, vescicole con neurotrasmettitore che vengono rilasciate, elemento post-gangliare sul quale abbiamo i recettori. Ci sono dei casi in cui elemento post-gangliare può richiedere al pre-g di rilasciare il neurot. per depotenziare a lungo. (solo i centri della memoria). Generalmente ha polarità.

Neurotrasmettitori

Un recettore si lega ad un solo neurotrasmettitore, un neurotrasmettitore può legarsi a recettori diversi. Inibizione/attivazione tramite neurotrasmettitori → Esempio acetilcolina si lega a recettori nicotinici che attivano, a recettori muscarinici che inibiscono. Acetilcolina legandosi ai r. nicotinici per il (stesso neurotr. diverso recettore, diversa azione) → muscolo scheletrico eccitano il muscolo → muscolo cardiaco inibiscono il muscolo.

Inibizione/attivazione tramite canali ionici a seconda del canale ionico che viene aperto → Sinapsi inibitoria legame con canale ionico per il K⁺ (IPSP pre-synaptic potential) → Sinapsi eccitatoria legame con canale ionico per il Na⁺ (EPSP Excitatory post-synaptic potential).

Aminoacidi e amine

Nt semplici (struttura chimica molto semplice) modalità azione estremamente rapida e raccolta nel tempo. Sono riciclabili localmente (x es acetilcolina abbiamo acetilcolinesterasi, enzima che la degrada).

Peptidi o neuropeptidi

Nella tabella manca l’ormone antidiuretico (ADH) modalità azione, interazione col recettore molto più lenta, inducono delle risposte molto più prolungate nel tempo (quindi l’intermedio funzionale è un recettore catalitico), non può essere mai riciclato dal terminale sinaptico.

Ossido nitrico (NO)

Gas prodotto da enzimi usato perché ha una attività globale cioè il suo rilascio coinvolge un gruppo enorme di neuroni simultaneamente (non come gli altri neurot. che coinvolgono solo il terminale pre-sin e il post-sin);

Sinapsi colinergica

Potenziale d’azione che arriva apertura → canali v-d per il Ca²⁺ esocitosi vescicole con acetilcolina → rilascio in spazio presinaptico legame con i recettori colinergici per acetilcolina messaggio ad elemento post-gangliare. Nella doccia sinaptica c’è già l’acetilcolinesterasi che inattiva l’acetilcolina a colina e acetil-Coa. Colina rientra nel piede → sinaptico grazie a sistema di co-trasporto Na dipendente → viene risintetizzata l’acetilcolina ricaricata nelle vescicole.

Sinapsi adrenergica

Potenziale d’azione che arriva apertura → canali v-d per il Ca²⁺ rilascio norepinefrina legame con i recettori adrenergici. Nella doccia sinaptica c’è già COMT (Catechol-O-methyl-transferasi) che inattiva norepinefrina.

Tipi di sinapsi

Intanto va detto che il punto del neurone in cui avviene la sinapsi [se nel collo terminale dell’assone, punto strategico perché ci sono i canali che inducono il p.a.; nell’albero dendritico; sul soma neuronale], influenza profondamente l’attività del neurone:

• Eccitatorie: mitocondri, tante vescicole di neurotrasmettitori pronte ad essere esocitate appena arriva il p.a.z. Nell’elemento post-sinaptico ispessimenti di actina molto marcati.
• Inibitorie: presenta le stesse caratteristiche ma molto meno marcate.

Circuiti neuronali

Modalità con i quali i neuroni o gruppi di essi si rapportano tra loro.

• Circuito convergente: ad un neurone convergono le afferenze da diverse porzioni della corteccia.
• Circuito divergente: un neurone partono diverse efferenze.
• Circuito riverberante: governano funzioni complesse come ad esempio la memoria, atto respiratorio. Lo stimolo torna al punto di partenza; una volta attivato il circuito, questo si autosostiene. Esempio: atto respiratorio; il neurone fa il primo potenziale d’azione, si porta ad un altro neurone successivo e prima di prendere contatto con l’organo effettore, un assone torna indietro al primo neurone e porta il potenziale d’azione sia all’organo bersaglio sia al neurone originale, rieccitandolo.

Cellule della glia

Astrociti sono i più numerosi (ogni neurone, 9 astrociti) supporto trofico (fanno parte della barriera ematoencefalica, struttura del sistema circolatorio fondamentale che importa attivamente solo le sostanze necessarie ai neuroni [glucosio ed amminoacidi] e gas per diffusione) e strutturale dei neuroni. Formano “tessuto cicatriziale”, asportano per fagocitosi i neuroni morti e lo sostituiscono con altri astrociti. Rimozione neurotrasmettitore, oltre agli enzimi anche lui si fa carico della rimozione. Captazione ioni K⁺ (bassa concentrazione extracellulare di norma) perché se aumenta la concentrazione degli ioni K⁺ ci sono problemi con potenziale transmembranale di riposo, perché avviene una ipereccitazione neuronale. Aumento repentino K⁺ di tutta l’attività eccitatoria cellulare. “Dialogo coi neuroni”, interagisce anche con essi?

Microglia si occupano della fagocitosi nei confronti di batteri (anche se in numero esiguo… non possono combattere una invasione), derivano dal sangue.

Cellule ependimali cellule epiteliali, ce ne sono anche secernenti e ciliate (queste ultime servono per far circolare il liquido cefalorachidiano). Rivestono sia il midollo spinale sia il ______ cerebrale, producono in alcuni distretti il liquido cerebrospinale.

Oligodendrociti/Cellule di Schwann produzione guaina mielinica per assoni.

Sezione di encefalo Oligodendrociti (blu), Astrociti (verde) che sono in contatto da una parte col neurone, dall’altra coi vasi sanguigni a formare la barriera ematoencefalica. Piccole cellule della Microglia, con funzione difensiva. Cellule ependimali (in basso a dx, in rosa), che producono il liquido cefalorachidiano.

Liquido cefalorachidiano

Liquido con composizione simile ai liquidi extracellulari già visti (→ composizioni elevate di Cl^- e Na⁺, quasi inesistente il K⁺), non troviamo cellule, è sterile, pH fisiologico= 7.3. Protegge meccanicamente l’encefalo, che è sospeso in esso, contenuto dalle meningi, dalla dura madre (struttura di tessuto fibroso quasi acellulare, rigidissima, inestensibile), il tutto contenuto nella scatola cranica. Prodotto continuamente dalle cellule ependimali che sono localizzate nei plessi coroidei. La produzione avviene in porzioni specializzate dell’ependima dove le cellule posano direttamente su m. basale dei capillari e con l’aracnoide si approfondano a livello dei ventricoli. Metodo di lavoro delle cellule ependimali: prima espellono con la pompa Na⁺/K⁺ il Na⁺ per stabilizzare il gradiente chimico richiama Cl^- NaCl è un potentissimo osmolita (richiama acqua) → estrazione acqua da torrente circolatorio e rilasciata continuamente a livello dei ventricoli laterali, 3°, 4°. Dal 3° al 4° si porta in posizione sottodurale, viene fatto circolare anche a livello del canale spinale e lo percorre tutto. Poi viene drenato attraverso il seno venoso sagittale e viene restituito al torrente circolatorio. In media si producono (e si riassorbono) 25mL ogni 100kg di peso vivo.

Patologia: Idrocefalo che può esser dovuto ad un blocco del drenaggio del liquido (++) o per una iperproduzione di esso. E produce una compressione del tessuto nervoso con una compromissione della vascolarizzazione di esso ed è molto grave. Le cause possono essere varie, eventi traumatici, tumori, infiammazioni.

Afferenze

1. Alla base ci sono i recettori → strutture più o meno specializzate e complesse che fungono da tramite, colgono il messaggio dall’esterno e lo portano (tramite potenziali d’azione attraverso i vari neuroni), alle aree sensitive primarie. I nervi spinali fungono da convettori. Tutti i recettori convergono in dei fasci, tronchi nervosi, in cui poi dal midollo spinale si arriva al SNC. A tutti i livelli del midollo spinale convergono tutti i nervi spinali che vengono dalla periferia e si portano cranialmente.
2. Sostanza reticolare del bulbo, ponte, mesencefalo struttura che soprassiede il cervelletto (tolto il cervelletto, nella foto vediamo tutti i nuclei che popolano questa struttura).
3. Cervelletto importantissimo per coordinamento movimenti.
4. Talamo riceve le informazioni e le smista alle varie parti della corteccia cerebrale.
5. Aree somestesiche della corteccia cerebrale → vertice massimo, è l’ultima stazione di arrivo di tutte le afferenze sensitive e poi da lì partono le efferenze motorie.

Recettori somatici

Ce ne sono tanti tipi, di diversa complessità, localizzati perifericamente nel derma. Foto, frammento di cute. Corpuscolo di Meissener (tattili), corpuscoli di Ruffini, Pacini (tattili), sono recettori profondi intradermici. Poi abbiamo anche le terminazioni nervose libere che sono i più antichi, mediano gli stimoli di natura algica (nocicettori). Dove troviamo i recettori tattili, per esempio nel gatto? Vibisse!

Fibre intrafusali: recettori molto complessi, fibre immerse nella struttura dei muscoli scheletrici.