Scoperta della trasmissione chimica

Scoperta della trasmissione chimica

Lo studio dell’acetilcolina come mediatore chimico ha avuto un ruolo fondamentale nella scoperta della trasmissione nervosa chimica. Queste ricerche hanno permesso di dimostrare che il passaggio dell’impulso nervoso tra cellule non avviene esclusivamente attraverso un meccanismo elettrico, ma coinvolge anche la liberazione di sostanze chimiche nello spazio sinaptico.
Uno dei primi studiosi a ipotizzare l’esistenza di strutture cellulari capaci di riconoscere le sostanze chimiche fu John Newport Langley nel 1901. Egli osservò che l’applicazione di estratti della ghiandola surrenale, contenenti adrenalina e noradrenalina, produceva sulla muscolatura liscia viscerale effetti simili a quelli ottenuti stimolando il sistema nervoso simpatico.
Questo risultato suggeriva che una sostanza chimica potesse riprodurre gli effetti di una stimolazione nervosa. Da questa osservazione nacque l’idea che il sistema nervoso potesse utilizzare mediatori chimici per trasmettere informazioni alle cellule bersaglio.

Primi studi sui mediatori chimici

Nel 1906 Dixon effettuò studi analoghi sul sistema parasimpatico. Egli osservò che la stimolazione del nervo parasimpatico produceva sugli organi effettori effetti simili a quelli prodotti dalla muscarina, una sostanza naturale in grado di mimare l’azione della stimolazione parasimpatica.
Questi esperimenti permisero di comprendere che una stimolazione elettrica del nervo poteva determinare la liberazione di una sostanza chimica capace successivamente di produrre una risposta biologica nell’organo bersaglio.
Tuttavia, rimaneva ancora aperta la discussione sul fatto che la trasmissione nervosa fosse esclusivamente elettrica oppure se comprendesse una componente chimica.

Esperimento di Otto Loewi

La dimostrazione definitiva dell’esistenza della trasmissione chimica fu ottenuta nel 1921 da Otto Loewi attraverso un esperimento considerato una delle pietre miliari della fisiologia e della farmacologia.
Loewi studiò il cuore di rana mantenendo intatta l’innervazione vagale, cioè quella appartenente al sistema parasimpatico. Il cuore venne posto in una soluzione di perfusione e venne stimolato il nervo vago. La stimolazione determinò un rallentamento del battito cardiaco fino alla sua possibile cessazione.
Successivamente il liquido di perfusione del primo cuore venne trasferito in un secondo contenitore contenente un altro cuore di rana privo di innervazione. Anche il secondo cuore iniziò a rallentare il battito, nonostante non fosse stato direttamente stimolato.
Questo dimostrò che nel liquido di perfusione era presente una sostanza liberata dal primo cuore in seguito alla stimolazione del nervo vago, capace di agire anche su un altro cuore.
Loewi chiamò questa sostanza “vagusstoff”, cioè “sostanza liberata dal vago”. Successivamente venne identificata come acetilcolina.
L’esperimento dimostrò quindi che la trasmissione nervosa prevede una fase elettrica, rappresentata dalla propagazione del potenziale d’azione lungo il neurone, seguita da una fase chimica caratterizzata dalla liberazione del neurotrasmettitore nella sinapsi.

Trasmissione elettrica e chimica

Oggi sappiamo che nell’organismo esistono anche forme di trasmissione elettrica, che avvengono attraverso strutture chiamate gap junction, capaci di mettere direttamente in comunicazione cellule vicine.
Tuttavia, negli organismi superiori la trasmissione chimica rappresenta il meccanismo principale di comunicazione tra neuroni e tra neuroni e cellule effettrici.
L’acetilcolina è uno dei principali mediatori chimici dell’organismo e viene utilizzata in diverse strutture del sistema nervoso centrale e periferico

Distribuzione dei neuroni colinergici

I neuroni colinergici sono presenti in diverse regioni del sistema nervoso:
nel sistema nervoso centrale, nel sistema nervoso autonomo e nei motoneuroni somatici.
Nel sistema nervoso centrale i neuroni colinergici sono distribuiti in numerose aree cerebrali, con l’eccezione del cervelletto. Essi possono essere neuroni di proiezione, cioè neuroni con assoni lunghi che raggiungono diverse regioni cerebrali, oppure interneuroni, caratterizzati da corpo cellulare e assone localizzati nella stessa area cerebrale.
I principali gruppi di neuroni colinergici centrali hanno origine soprattutto a livello del tronco encefalico e proiettano diffusamente verso molte regioni del cervello.

Funzioni della trasmissione colinergica

La trasmissione colinergica è coinvolta nella regolazione di numerose funzioni fondamentali dell’organismo. L’acetilcolina agisce infatti sia a livello delle funzioni cognitive sia nel controllo motorio e viscerale.
Una delle funzioni più importanti riguarda apprendimento e memoria. I neuroni colinergici hanno un ruolo essenziale nei processi cognitivi perché modulano l’attività delle aree cerebrali coinvolte nella formazione e nel recupero dei ricordi.
La riduzione dell’attività colinergica è stata osservata in diverse condizioni neurodegenerative, in particolare nella malattia di Alzheimer, nella quale si verifica una marcata perdita dei neuroni colinergici cerebrali. Questa diminuzione contribuisce al deterioramento delle capacità cognitive tipico della patologia.

Controllo del movimento

La trasmissione colinergica partecipa anche alla regolazione della postura e dei movimenti.
A livello dei gangli della base sono presenti interneuroni colinergici che contribuiscono al controllo dell’attività motoria. Un’alterazione dell’equilibrio tra i sistemi dopaminergico e colinergico è coinvolta nella patogenesi del morbo di Parkinson, una malattia neurodegenerativa caratterizzata da tremore, rigidità muscolare e difficoltà nei movimenti volontari.
regolazione cardiovascolare e funzioni viscerali
L’acetilcolina svolge un ruolo importante anche nella regolazione delle funzioni del sistema nervoso autonomo, in particolare del sistema cardiovascolare.
Nel cuore, la stimolazione parasimpatica attraverso il nervo vago determina la liberazione di acetilcolina, che riduce la frequenza cardiaca agendo sulle cellule cardiache.
La trasmissione colinergica partecipa quindi al controllo di numerose funzioni involontarie dell’organismo, contribuendo al mantenimento dell’equilibrio tra attività simpatica e parasimpatica.
significato farmacologico della trasmissione colinergica
La scoperta dell’acetilcolina e dei meccanismi della trasmissione colinergica ha avuto importanti conseguenze nello sviluppo della farmacologia.
I recettori dell’acetilcolina rappresentano infatti bersagli farmacologici fondamentali per numerosi farmaci utilizzati nel trattamento di patologie neurologiche, cardiovascolari e muscolari.
La conoscenza del sistema colinergico ha permesso di comprendere come i farmaci possano modificare la comunicazione tra cellule nervose, aumentando o riducendo l’attività dell’acetilcolina attraverso modificazioni della sua sintesi, liberazione, degradazione o interazione con i recettori.