Appunti di Neuroscienze

Processo di depolarizzazione e potenziali d'azione

Quando il neurone è a riposo, la superficie interna della membrana cellulare ha una carica elettrica negativa mentre quella esterna è più positiva. La differenza di potenziale è chiamata potenziale di membrana a riposo e le pompe ioniche regolano questo gradiente di concentrazione, cioè regolano questa differenza trasportando gli ioni all'interno o all'esterno. Il potenziale di membrana a riposo è -65MV.

Quando un neurone riceve un impulso eccitatorio la sua membrana si depolarizza, cioè inizialmente a riposo il neurone è polarizzato perché la carica interna è negativa e la carica esterna è positiva; quando riceve un impulso inizia a depolarizzarsi; perciò, le cariche elettriche interne da negative diventano positive. Di conseguenza il potenziale inizia a diventare più positivo fino a quando raggiunge il valore soglia (quindi da -65 sale fino a raggiungere il potenziale soglia che è di circa -50mV) a questo punto c'è la probabilità del 50% che si generi il potenziale d'azione.

In generale, all'esterno del neurone vi è un'alta concentrazione di ioni Na+ (sodio), mentre all'interno è più alta la concentrazione di ioni K+ e ioni negativi. Quando la membrana è depolarizzata oltre il valore soglia i canali per Na+ (sodio) si aprono e gli ioni Na+ entrano nella cellula, cosicché all'interno il potenziale da negativo diventa sempre più positivo. Questa viene definita fase di salita del potenziale d'azione. In questa fase quindi l'interno del neurone è positivo rispetto all'esterno.

A questo punto è avvenuta una rapida depolarizzazione in cui la carica negativa è diventata sempre più positiva fino a raggiungere il valore dei +35 mV. Nel momento in cui si raggiunge questo valore si ha un'inversione della polarità (overshoot).

Subito dopo l'inversione avviene la fase di discesa del potenziale d'azione, in cui si ha l'apertura dei canali per il K+ che passano dall'interno all'esterno. Però questi canali si aprono lentamente, sono in ritardo, di conseguenza nel momento in cui si ha la fase di discesa, il potenziale scende sotto il valore di partenza, quindi sotto il potenziale di membrana a riposo, questa fase è definita iperpolarizzazione -> il potenziale diventa sempre più negativo rispetto a prima (-90 mV).

Dopo questa fase il potenziale viene gradualmente ripristinato dato che i canali per il K+ si chiudono di nuovo -> si ritorna allo stato di potenziale in riposo.

Il tempo richiesto dai canali per il Na+ per tornare allo stato a riposo è definito periodo di refrattarietà:

• Durante il periodo di refrattarietà assoluta nessuno stimolo, per quanto forte, è in grado di generare un secondo potenziale d'azione.
• Nella fase successiva, di refrattarietà relativa, invece un secondo stimolo, solo se più intenso della soglia può generare un secondo potenziale d'azione.

Conduzione saltatoria e nodi di Ranvier

Gli assoni sono ricoperti dalla guaina mielinica però non totalmente, ci sono dei punti in cui non lo sono -> nodi di Ranvier. Quando il neurone viene eccitato si sviluppa il potenziale d'azione nel nodo di Ranvier e successivamente la corrente passa da un nodo all'altro -> il potenziale d'azione si propaga lungo l'assone mielinizzato attraverso una conduzione saltatoria.

Potenziali graduati e postsinaptici

Quando un neurone viene stimolato, ad esempio da un neurotrasmettitore, si producono dei potenziali graduati. Lo scopo dei potenziali graduati è quello di portare il potenziale di membrana fino alla soglia per generare un potenziale d'azione. Lo stimolo che riceve il neurone da un altro genera un potenziale postsinaptico, che può essere eccitatorio (se porta il potenziale di membrana verso la soglia favorendo la depolarizzazione) o inibitorio (se allontana il potenziale di membrana dalla soglia favorendo l'iperpolarizzazione).

Ogni singolo neurone è in contatto con tanti neuroni, quindi riceve più stimoli e quindi più potenziali postsinaptici. Un singolo potenziale postsinaptico non è sufficiente affinché si inneschi il potenziale d'azione, per far sì che ciò avvenga è necessario che la sommatoria di tutti i potenziali postsinaptici eccitatori e inibitori sia tale che il potenziale di membrana raggiunga il valore soglia.

Nel momento in cui questa somma fa sì che il potenziale della membrana raggiunge il valore soglia si può depolarizzare -> si innesca il potenziale d'azione. Viene fatta una somma algebrica che può essere una sommazione spaziale o una sommazione temporale.

I potenziali postsinaptici sono dei potenziali graduati perché sono direttamente proporzionali all'intensità dello stimolo, più lo stimolo è maggiore, maggiore sarà la variazione di potenziale di membrana. Il potenziale d'azione non è graduato perché o si innesca o non si innesca; il potenziale d'azione si innesca quando la somma di potenziale postsinaptico eccitatorio e inibitorio (la somma dei potenziali postsinaptici che il neurone riceve) fa sì che il potenziale raggiunga il valore soglia; superata questa soglia si ha il potenziale d'azione.

I neurotrasmettitori

Piccole molecole neurotrasmettitrici

• Acetilcolina -> interviene in numerose funzioni fisiologiche, come la regolazione delle contrazioni cardiache e della pressione sanguigna, la peristalsi intestinale, la secrezione ghiandolare.
• Glutammato -> è un importante aminoacido eccitatorio. Viene prodotto a partire dal glucosio. Dopo la liberazione è ricaptato da trasportatori specifici presenti nella glia e nel neurone. Un eccesso di glutammato (es. in ischemia) determina effetti eccitotossici che possono portare alla morte cellulare. Accanto alla sua funzione eccitatoria, il glutammato è coinvolto anche nei processi di apprendimento e memoria. Il glutammato, principale neurotrasmettitore eccitatorio del SNC dei mammiferi, svolge un ruolo prioritario nella risposta cognitiva ed emozionale agli stimoli ansiogeni, interagendo con i sistemi GABA ergico e mono-aminergici. L'esposizione a stress psicosociali e stimoli avversi si associa ad un incremento delle concentrazioni extracellulari di glutammato. Un'alterata trasmissione glutamatergica sembra implicata anche nella manifestazione di sintomi emozionali e amnesici, in diverse patologie neurologiche o psichiatriche, come ad esempio nei disturbi d'ansia.
• Acido amminobutirrico (GABA) -> è il principale neurotrasmettitore inibitorio. È presente in alte concentrazioni nel cervello e nel midollo spinale, ma è assente nei nervi periferici e nei tessuti periferici. Il GABA regola l'eccitabilità neuronale e il tono muscolare, è un agente calmante naturale, che agisce nella corteccia cerebrale e nel corpo regalando rilassamento.
• Glicina -> è presente nel midollo spinale e nel midollo allungato, è coinvolta nei riflessi spinali e nella coordinazione motoria.
• Dopamina -> è un importante neurotrasmettitore della famiglia delle catecolamine con una funzione di controllo su: il movimento, la memoria di lavoro, la sensazione di piacere, la ricompensa, i meccanismi di regolazione del sonno, alcune facoltà cognitive e la capacità di attenzione. La produzione di dopamina spetta, principalmente, ai neuroni dell'area dopaminergica, che comprende svariate sedi dell'encefalo, tra cui la pars compacta della substantia nigra e il nucleo ipotalamico arcuato. Livelli anomali di dopamina sono responsabili di diverse condizioni patologiche, tra cui il morbo di Parkinson -> corrisponde a bassi livelli di dopamina. Questa malattia è caratterizzata da volto inespressivo, lentezza dei movimenti, rigidità degli arti e del collo e tremore alle mani, postura china e una scarsità di movimenti normali degli arti. Questi sintomi sono spesso accompagnati da demenza. Lo scopo principale della terapia farmacologica per questa malattia è quello di supplire alla mancanza del trasmettitore dopamina nei gangli basali.
  • Schizofrenia -> La schizofrenia sarebbe caratterizzata da una disfunzione del sistema dopaminergico. La sintesi di dopamina è aumentata negli schizofrenici. La liberazione di dopamina è aumentata negli schizofrenici in risposta alla somministrazione di amfetamina e questa è correlata all'induzione di sintomi psicotici. I livelli basali di dopamina e il numero dei recettori D2 sono aumentati negli schizofrenici.
  • Dipendenze da farmaci e comportamentali -> (cocaina, amfetamina, nicotina, caffeina, alcol, oppiacei, farmaci psichedelici). I cannabinoidi attivano la dopamina e peggiorano la sintomatologia psicotica.
• Noradrenalina -> è prodotto da SNC e SNP. La maggiore concentrazione di neuroni noradrenergici è nel locus coeruleus che si trova nel ponte. Le principali funzioni sono la regolazione di sonno e veglia, attenzione e comportamenti alimentari.
• Adrenalina
• Serotonina -> La serotonina è un neurotrasmettitore monoaminico sintetizzato dai neuroni serotoninergici nel sistema nervoso centrale e principalmente coinvolto nella regolazione dell'umore. La biosintesi della 5-HT endogena segue una via simile a quella della noradrenalina, con la differenza che l'aminoacido precursore è il triptofano, invece della tirosina. Per la serotonina si è suggerito un ampio spettro di funzioni, sia nel SNC sia nel SNP, derivanti dalla sua capacità di agire simultaneamente da ormone e neurotrasmettitore. La serotonina è presente nella parete intestinale dove stimola la peristalsi intestinale, nel sistema nervoso centrale dove agisce sul ritmo sonno veglia, sull'amore, sull'appetito e sulla percezione del dolore. La serotonina è coinvolta in numerosi disturbi neuropsichiatrici, come: emicrania, disturbo bipolare, depressione e ansia. Alcune sostanze stupefacenti quali le amfetamine e l'MDMA, più comunemente nota come Ecstasy, agiscono sulla serotonina, inibendone l'assorbimento. Questo porta ad un accumulo di serotonina nel cervello, generando, per il tempo di effetto della sostanza, uno stato di entusiasmo e benessere. Anche molti farmaci noti come depressivi agiscono sulla serotonina.
• Istamina -> regola lo stato di vigilanza e il controllo neuroendocrino.

Peptidi neuroattivi

• Peptidi oppioidi (endorfina, encefaline, dinorfina)