Fisiologia e Neurofisiologia

OUT

Variazione della concentrazione di potassio > Cambia il valore di potenziale di membrana a riposo

• Ipercaliemia > Aumentare la concertazione di potassio fa aumentare il potenziale di membrana

• Ipocaliemia > Diminuzione di potassio fa abbassare il potenziale di membrana, questo non è molto

pericoloso per i neuroni ma per il cuore si

Il potenziale di azione è uguale in tempi diversi e in punti diversi, cioè dalla zona trigger in cui parte e poi

viaggia è sempre uguale a sé stesso.

Come fa a viaggiare in un verso?

Sfruttando i periodi di refrattarietà > Nella zona trigger o follicolo assonale, si ha un’elevata densità di canali

per il sodio voltaggio-dipendenti (mentre nel resto della cellula sono molto rarefatti), che sono responsabili

del potenziale d’azione. A mano a mano che il potenziale di azione invade nuove zone di assone provoca la

generazione di potenziale d’azione ma anche periodi di refrattarietà. Per questo motivo il potenziale d’azione

non può andare indietro ma prosegue in avanti cercando canali per il sodio che sono apribili.

PdA (potenziale di azione) inizia nel trigger (nel punto d’emergenza dell’assone, in cui nasce il neurone stesso)

e viaggia nell’assone rimanendo sempre uguale a sé stesso (va dall’assone ai dendriti sfruttando i periodi di

refrattarietà).

Nella zona trigger c’è un’elevata presenza di canali Na voltaggio dipendenti, poi lungo l’assone invece sono

rarefatti. A mano a mano che il PdA invade nuove zone di assone, l’invasione provoca PdA ma anche periodi

di refrattarietà (=incapacità di generare Pda) => PdA non può tornare indietro, può solo andare avanti.

Parametri che influenzano la velocità di conduzione

• Diametro assone (gli invertebrati come ad esempio l’assone gigante di un calamaro che utilizza il

diametro dell’assone trasversale per la trasmissione molto veloce -> più grande è il diametro, più veloce

è la connessione). Quindi alcuni invertebrati hanno assoni di diametro molto grosso, ma se si

utilizzassero per costruire strutture come il corpo calloso o il nervo ottico degli assoni con diametro così

grosso dovremmo essere molto più grossi.

• Resistenza di membrana, data dalla mielinizzazione fornita dalle cellule della glia (oligodendrociti e

cellule di Schwann). L’aumento di questa membrana porta all’allontanamento delle cariche positive e

negative, che tendono a disperdersi.

La mielina è generata ad esempio dalle cellule di Schwann che circondano pezzi di un assone generando

diversi strati di mielina (nel sistema nervoso periferico), mentre nel sistema nervoso centrale sono gli

oligodendrociti, in cui un solo oligodendrocita forma la mielina per diversi assoni.

La membrana cellulare si comporta come un condensatore che avrà una certa intensità se le armature sono

tra loro vicine, mentre per la legge di Coulomb se le armature si allontanano otteniamo una rarefazione e

riduzione delle cariche, che non saranno più attaccate alle armature. La guaina mielinica in questo caso è

come se aumentasse la distanza tra le “armature” e quindi tra lo strato di membrana interna ed esterna, così

da ridurre le cariche che stanno sulle due “armature”. Quando quindi il sodio entrerà nell’assone incontrerà

e neutralizzerà molte meno cariche se c’è la mielina. Neutralizzare le cariche è come ridurre l’attrito, nel

senso che senza di esse il sodio passa molto più velocemente. Se non ci fosse la mielina quindi la forza

spingente che muove il sodio verrebbe meno e si “spegnerebbe” il potenziale di azione. Quindi nei nodi di

Ranvier è come se il potenziale fosse potenziato, è come se fossero delle zone trigger intercalate lungo

l’assone. Questo tipo di conduzione si chiama conduzione saltatoria, perché è come se il potenziale d’azione

passasse da un nodo di Ranvier all’altro, ed è proprio il potenziale che innesca l’apertura dei canali del sodio.

Ci sono delle patologie in cui la risposta immunitaria attacca la guaina mielinica, come la sclerosi multipla. In

cui all’inizio gli assoni conducono il potenziale di azione con una velocità minore dello stato iniziale, mentre

poi il potenziale di azione si blocca del tutto. Infatti uno dei sintomi peggiori di questa patologia è la comparsa

di scotomi e cioè macchie nere nell’immagine visiva, poiché viene attaccato il nervo ottico.

LE SINAPSI

Il neurone ha un corpo cellulare ed ha un ricco corredo di ramificazioni che partono dal corpo cellulare e che

si chiamano dendriti. I dendriti sono le zone di input delle informazioni verso il neurone. Dall’altra parte c’è

un assone con dei terminali sinaptici. Gli assoni sono le strutture che garantiscono un output al neurone,

garantiscono la possibilità di inviare le informazioni verso l’esterno.

Come comunicano i neuroni tra di loro?

Le Efapsi sono il punto di contatto che si stabilisce solitamente tra due cellule gliali, e servono a bilanciare in

continuazione la concentrazione extracellulare di potassio, perché se varia la concentrazione di potassio il

neurone sarà più o meno vicino alla soglia per il lancio del potenziale d’azione (un eccesso di potassio

aumenterebbe l’eccitabilità cellulare). Questa regolazione avviene sia grazie alle efapsi, ma anche grazie alla

presenza di gap-junctions che mettono in comunicazione le cellule gliali tra loro, se non vi fossero sistemi di

controllo per il potassio si generebbe un continuo potenziale d’azione. Le cellule gliali sono in grado di

asportare il potassio in eccesso nell’ambiente extracellulare (Ipercaliemia = aumento di concentrazione di

potassio nel sangue, ma questo può succedere anche nell’ambiente extracellulare), che verrà

successivamente immesso nei capillari.

La glia è fondamentale per tenere stabile il microambiente neuronale, il cui contenuto chimico deve essere

finemente controllato. Questo controllo avviene grazie ad un continuo ricircolo del liquido cefalorachidiano,

grazie alla presenza della barriera amato-encefalica, che fa sì che lo scambio tra capillari e tessuto non sia

libero, e che inoltre ha la funzione di filtro meccanico, e infine grazie al sistema linfatico meningeo e linfatico.

Accanto alle efapsi esistono le SINAPSI, il cui termine è stato coniato da Charles Sherrington, che vuol dire

“connessione”. Sherrington aveva presente una rappresentazione dei neuroni, che secondo loro, come

secondo Cajal, sono cellule che si univano per formare delle reti neuronali attraverso queste connessioni.

Immagina inoltre che ci sia un flusso di informazioni che vanno da una parte all’altra, ed effettivamente è

proprio così, perché abbiamo una zona di integrazione/input (dendriti) una zona trigger e una zona output

(assoni).

Sostanzialmente il neurone è una cellula che raccoglie tutti i segnali, li integra a livello del corpo cellulare e

se questa integrazione porta a superare la soglia, allora viene sparato un potenziale di azione altrimenti no.

E se il potenziale parte allora raggiungerà dei terminali sinaptici, che traferiranno l’informazione al neurone

seguente.

Qual è la natura di questi contatti sinaptici?

• Sinapsi elettriche -> tramite gap Junction (giunzioni comunicanti che fanno da filtro).

Le sinapsi elettriche sono un’eccezione alla dottrina del neurone di Cajal, poiché in questo caso c’è

una comunicazione tra il citoplasma del neurone che trasmette l’informazione e tra il citoplasma del

neurone che riceve l’informazione. Infatti tra un neurone e l’altro sono presenti gap Junction che

formano un connessone, che sono composti da mezzo canale che si trova nella cellula pre-sinaptica

e da mezzo canale che si trova nella cellula post sinaptica. Attraverso queste connessioni possono

passare solo molecole di piccolo peso molecolare, come ioni, ATP o glucosio. Questi canali possono

essere in uno stato chiuso e in uno aperto, ma sono pochi i fattori che possono influenzare questo

stato e inoltre sono poco controllabili, poiché sono molto generici, come ad esempio il calcio, il pH,

la calmodulina, il voltaggio e la fosforilazione.

A livello delle gap Junction se introduco un elettrodo nella pre-sinapsi o nella sinapsi del neurone

successivo otterremo un piccolo potenziale di azione nella seconda e un grande potenziale d’azione

nella cellula pre-sinaptica. Questo perché il potenziale post-sinaptico è il frutto del passaggio passivo

del sodio, che quindi perde di forza (potenziali d’azione / spiklet).

- Sono rare nel SNC dei mammiferi e localizzate in punti speciali del cervello.

- Strutturalmente sono costituite da gap junctions.

- Permettono una diffusione anche bidirezionale del segnale elettrico con brevissima latenza

(la trasmissione è estremamente veloce, ma è bidirezionale, cioè gli ioni possono andare

dalla cellula pre - alla post se è stata la prima generare un segnale d’azione, mentre possono

andare al contrario se è stata la seconda a generarlo).

- Sono caratterizzate dalla presenza di connessioni, proteine transmembrana.

- Permettono anche il passaggio di sostanze tra le cellule.

- Si tratta di un passaggio passivo di cariche, senza dissipazione di energia.

• Sinapsi chimiche -> è composta da una zona pre-sinaptica e una post-sinaptica, che sono diverse anche

dal punto di vista anatomico. La cellula pre-sinaptica ha delle vescicole contenenti neurotrasmettitore,

fatte da membrana cellulare, infatti se si avvicinano ad essa tendono a fondersi con lei. Nella zona pre-

sinaptica si ha anche la presenza di numerosi mitocondri, ai quali si deve la sintesi di ATP. La porzione

post sinaptica è molto più povera di mitocondri e le vescicole sono pressoché assenti. Accanto alle

vescicole che sono a ridosso della membrana cellulare pre-sinaptica, che entrano a far parte del pool di

rilascio, sono presenti i pool di riserva (vescicole di neurotrasmettitori di riserva), che sono ancorate in

condizioni di riposo al citoscheletro, tramite delle strutture proteiche (zone di elevata elettrondensità),

formate da una proteina chiamata sinapsina.

Il neurotrasmettitore non viene rilasciato continuamente, ma tramite dei segnali e il segnale più diretto è

l’aumento della concentrazione di calcio che entra tramite dei canali di membrana. Questi canali per il calcio,

che sono voltaggio-dipendenti sono aperti dal potenziale di azione (quindi da un segnale forte, non da una

qualsiasi depolarizzazione). Aprendo questi canali aumenta anche la concentrazione del calcio intra-cellulare,

iniziando anche i processi di fusione della membrana con la vescicola e il rilas