Fisiologia umana

APPARATO NERVOSO

Prima di arrivare al neurone in sé, bisogna sapere che il sistema nervoso è organizzato in due parti fondamentali: - SNC: è fatto dall'encefalo e dal midollo spinale ed è tutto protetto dall'apparato scheletrico, in particolare l'encefalo si trova all'interno della scatola cranica mentre il midollo spinale è protetto dalle vertebre. Il midollo spinale è molto complesso. - SNP Gli elementi del sistema di controllo: globalmente ci sono degli elementi periferici che accolgono informazioni (input) e li trasmettono all'encefalo e al midollo spinale che li elaborano e li trasformano in output. Il SNC è il centro di elaborazione, il SNP è quel sistema che supporta gli input e gli output, gli input da sensori (es. organi di senso e sensibilità viscerale) e questi vengono trasmessi al SNC da nervi. Lo stesso SNC porta delle efferenze di nuovo al muscolo scheletrico (efferenze somatiche) oppure atutti gli organi che non sono muscolo scheletrico (es. ghiandole, muscolo cardiaco...) e sono efferenze autonome che possono distinguersi in simpatico e parasimpatico. Se il numero di cellule del SN è 100, il 90% non sono neuroni, questi sono il 10% delle cellule, il 90% sono cellule di supporto. I NEURONI sono cellule che hanno una struttura molto peculiare, abbiamo visto che le cellule possono essere cubiche, appiattite... però strane come i neuroni non esistono cellule. Questi sono fatti di tre zone fondamentali: i. Dendriti: zona recettiva dei segnali esterni che vengono tradotti in potenziali post-sinaptici ii. Corpo cellulare: zona di convergenza (si sommano) e composizione dei potenziali postsinaptici. Contiene il nucleo e la maggior parte degli organuli intracellulari. È sede della sintesi proteica e metabolismo cellulare (i neuroni maturi perdono la capacità di dividersi) iii. Assone e terminale sinaptico: zona di generazione e conduzione del potenziale.dà origine a un solo assone che trasmette l'informazione verso il sistema nervoso centrale. Ci sono anche i neuroni efferenti (del SNP) che hanno un corpo cellulare nel sistema nervoso centrale e un assone che trasmette l'informazione verso il periferico. Infine, ci sono i neuroni intercalari che si trovano esclusivamente nel sistema nervoso centrale e sono responsabili della comunicazione tra i neuroni afferenti ed efferenti.

è al di fuori del SNC ma molto vicino ad esso. Questa classe funzionale è anche quella che si collega in periferia con recettori sensoriali superficiali (es. sensi) o viscerali e con un assone periferico portano il segnale nel SNC e si connettono con degli interneuroni (che si chiamano così perché nel SNC si connettono solo ad altri neuroni) e il segnale può arrivare al corpo cellulare di neuroni efferenti che fanno parte del SNP ma hanno il corpo cellulare nel SNC e sono dei classici neuroni multipolari e mandano delle terminazioni sinaptiche in organi effettori (es. muscoli o ghiandole). I neuroni hanno molta servitù, gli assoni sono dei filamenti molto lunghi e in alcuni casi (sicuramente nel caso dei grandi neuroni degli organi effettori) sono avvolti da guaine, che si chiamano guaine mieliniche. Anche gli assoni nel SNC (molti interneuroni) molto spesso sono protetti da guaine. Queste guaine consistono in cellule gliali (che nel SNC si chiamano

Oligodendrociti e nel SNP si chiamano cellule di Schwann) queste cellule avvolgono la membrana fino a formare una guaina intorno che si vede al microscopio elettronico. Queste guaine sono importanti perché fungono da isolamento e protezione. Una malattia delle cellule che formano le guaine mieliniche può portare ad una patologia demielinizzante, ad esempio la sclerosi a placche.

Ciò che fa di un neurone un elemento realmente importante è il fatto che riesce a trasmettere segnali elettrici variando la polarità della sua membrana ed è una funzione importantissima.

I canali ionici dei neuroni

I neuroni possono trasmettere segnali elettrici perché sono delle cellule eccitabili che possono variare il potenziale di membrana. Questo grazie al fatto che possiedono canali ionici specifici che possono aprirsi o chiudersi in base ai segnali elettrici e chimici ed, inoltre, contengono canali sempre aperti per il sodio (in piccola misura) perché i neuroni

hanno dibase una modesta permeabilità al sodio e questo permette che la sua membrana tenda ad allontanarsi dal potenziale di equilibrio per il potassio (cosa che succederebbe se la cellula non fosse per niente permeabile al sodio ma solo per il potassio).

I canali che si trovano nei neuroni sono di tre tipi:

1. Canali ionici passivi: che sono sempre aperti e ubiquitari e riescono a mantenere il potenziale di riposo
2. Canali ligando-dipendenti: sono canali ionici che si aprono o si chiudono in risposta al legame di un messaggero chimico ad uno specifico recettore presente sulla membrana plasmatica. Si trovano nei dendriti e nel corpo cellulare (regioni che ricevono informazioni dai neuroni presinaptici attraverso i neurotrasmettitori) e come funzione riescono a produrre i potenziali graduati post-sinaptici.
3. Canali voltaggio dipendenti: sono canali che si aprono e si chiudono in risposta a modificazioni del potenziale di membrana. Sono presenti nell'assone e hanno la funzione di

produrre il potenziale d'azione ed il rilascio di neurotrasmettitore. Quindi:

1. Il neurone ha canali sempre aperti per il sodio, per questo motivo si può dire che il neurone è una cellula un po' depolarizzata (potenziale -70mV).
2. Inoltre, possiede dei canali ligando-dipendenti: quando arrivano dei neurotrasmettitori rilasciati da altri neuroni, questi si legano a recettori, che potrebbero essere dei canali oppure essere collegati a canali ionici che si aprono e si chiudono, quindi fanno entrare ioni positivi o ioni negativi producendo potenziali graduati postsinaptici, che si compongono tra loro e in particolare c'è una zona a livello della radice dell'assone cominciano a comparire i canali voltaggio dipendenti, che si aprono (ed eventualmente chiudono) al variare del voltaggio: in risposta a una depolarizzazione si aprono i canali per il sodio, che entra rovesciando il potenziale di membrana.
3. Arrivano altri segnali: tutti i potenziali si sommano.

Da qui in avanti, quindi dalla radice dell'assone fino ai terminali assonici non ci sono più i canali ligando-dipendenti, ma ci sono i canali voltaggio dipendenti, che rispondono a variazioni di potenziale. Se la variazione di potenziale è sufficientemente forte (e positiva), i canali voltaggio dipendenti per il sodio si aprono e fanno entrare il sodio creando un'onda di depolarizzazione che fa aprire altri canali per il sodio e il segnale viene trasmesso. Quindi i tre tipi di canali ci spiegano il funzionamento del neurone. Quando si sommano i potenziali graduati, se si supera una certa soglia, si provoca il potenziale d'azione. Nel neurone ci sono tre tipi di potenziali: - Potenziale di riposo: -70mV. Se una cellula è permeabile solo al potassio, il potenziale di equilibrio è a -94mV. Se una cellula è permeabile soltanto al sodio, il potenziale di equilibrio è +60mV (il sodio è uno ione positivo, la forza chimica del sodio).

è diretta verso l’interno). Se la cellula è simultaneamente permeabile al sodio e al potassio, ma maggiormente al potassio e poco al sodio, il potenziale a riposo si assesta su un valore intermedio ma più vicino a quello del potassio per questo motivo à il neurone ha un potenziale di riposo di -70mV.

- Potenziali graduati

- Potenziale d’azione (pda)

Riassunto à - Membrana di una cellula permeabile soltanto al potassio: il potassio che si può muovere a cavallo delle membrane si muoverà dall’interno (dove è più concentrato) all’esterno. La forza chimica è indirizzata verso l’esterno. Il potassio uscendo rende l’interno della cellula più negativo e l’esterno della cellula più positivo. Questa differenza di carica genera una forza elettrica che spinge gli ioni potassio verso l’interno. La forza chimica e la forza elettrica si annullano quando il potenziale di membrana

dalla cellula sarà spinto all'interno dalla forza chimica. Questo porterà ad un aumento della carica positiva all'interno della cellula. Tuttavia, la permeabilità maggiore al potassio farà sì che il potassio venga espulso più rapidamente rispetto al sodio, generando una forza elettrica che spinge il potassio verso l'esterno. Il potenziale di equilibrio per il potassio sarà quindi negativo, pari a -94 mV.verrà spinto dalla forza chimica verso l'interno. La quantità di potassio che esce però sarà maggiore della quantità di sodio che entra a causa della più elevata permeabilità della membrana per gli ioni potassio. Man a mano che gli ioni si spostano a causa delle forze chimiche, la membrana diventa quindi sempre più negativa (escono più cariche positive rispetto a quelle che entrano). Si instaurano delle forze elettriche che attraggono il sodio e il potassio all'interno della cellula: viene limitata la fuoriuscita di potassio e viene favorita l'entrata di sodio. L'equilibrio tra la forza chimica e quella elettrica (punto al quale non vi è flusso netto di cariche) è raggiunto a -70mV. Questo è il valore del potenziale di riposo del neurone. Le membrane dei neuroni sono eccitabili. Il neurone possiede dei canali ionici ligando dipendenti a livello dei dendriti e del corpo cellulare e, inoltre,otenziale di membrana. I canali ionici possono essere divisi in due categorie principali: canali ionici voltaggio-dipendenti e canali ionici ligando-dipendenti. I canali ionici voltaggio-dipendenti sono regolati dal potenziale di membrana. Quando il potenziale di membrana raggiunge un certo valore, i canali si aprono o si chiudono, permettendo o bloccando il flusso di ioni attraverso la membrana. Questi canali sono fondamentali per la generazione e la propagazione degli impulsi elettrici lungo gli assoni dei neuroni. I canali ionici ligando-dipendenti, invece, sono regolati dalla presenza di specifiche molecole chiamate ligandi. Quando un ligando si lega al canale ionico, questo si apre o si chiude, permettendo o bloccando il flusso di ioni. Questi canali sono importanti per la trasmissione sinaptica, cioè per la comunicazione tra neuroni. In sintesi, i canali ionici voltaggio-dipendenti sono regolati dal potenziale di membrana, mentre i canali ionici ligando-dipendenti sono regolati dalla presenza di specifiche molecole. Entrambi i tipi di canali sono fondamentali per il corretto funzionamento del sistema nervoso.