Appunti di Fisiologia Generale

Sistema Nervoso Centrale - Divisione Efferente

Dal Sistema Nervoso Centrale (SNC) la risposta arriva alla periferia. Può essere scomposta in due sistemi nervosi periferici:

1. Sistema Nervoso Somatico o Volontario: sotto il controllo consapevole dell'organismo. Arriva dal SNC e attraverso i motoneuroni termina a livello dei muscoli scheletrici, dando poi il movimento.
2. Sistema Nervoso Autonomo: prescinde dalla consapevolezza dell'organismo. Si può scindere in:

• Sistema Nervoso Simpatico: usa noradrenalina (emergenza).
• Sistema Nervoso Parasimpatico: usa acetilcolina (calma, normalità).

Queste due vie hanno effetti contrapposti tra loro. L'effetto finale dipende da quale sistema prevale in quel momento.

Quando il SNC manda informazioni attraverso il sistema nervoso autonomo, questa informazione raggiunge molte volte i muscoli lisci, il muscolo cardiaco e le ghiandole.

Il sistema nervoso è costituito da due tipi cellulari: i neuroni e le cellule gliali.

Neuroni:

• Neuroni afferenti: trasportano le informazioni dalla periferia al SNC. Neuroni con corpo a livello

periferico. Spesso hanno una forma a T, in cui il corpo cellulare si trova un po' separato dalla via di trasmissione del segnale. Questa morfologia facilita la velocità di trasmissione del segnale elettrico, che non deve passare nel corpo.

• neuroni efferenti: trasportano le info dal SNC alla periferia. Neuroni con corpo cellulare a livello del SNC. Neuroni afferenti ed efferenti si trovano soprattutto a livello del sistema nervoso periferico perché sono dotati di lunghi assoni.
• interneuroni: solo a livello del SNC. Rappresentano più del 90% dei neuroni totali. Trasportano l'informazione da dei neuroni ad altri. Mediano la sfera delle emozioni.

Cellule gliali:

• astrociti: hanno un ruolo molto importante nel partecipare alla formazione della barriera ematoencefalica: mantengono le giunzioni serrate delle cellule epiteliali dei vasi sanguigni, che impediscono il passaggio

casuale di sostanze dal sangue all'encefalo. Inoltre gli astrociti partecipano in modo indiretto ai segnali elettrici: recuperano i neurotrasmettitori rilasciati da un neurone presinaptico e ne permettono il riciclo. Partecipano all'eccitabilità delle cellule neuronali andando a influire su alcuni ioni importanti (es potassio). Negli anni recenti sono risultati essere importanti in molte risposte infiammatorie a livello dell'encefalo: possono essere coinvolti anche in alcune forme di neurodegenerazione. Questa risposta infiammatoria è parzialmente sovrapposta a quella esercitata dalla microglia.

• microglia: sistema spazzino: sondano l'ambiente extracellulare per eliminare pericoli come aggregati di proteine o fattori tossici. La risposta della microglia inizialmente dà una risposta infiammatoria acuta, finalizzata ad esempio a distruggere un neurone prima che esso possa propagare un danno. La risposta acuta termina e il danno viene circoscritto

e poi eliminato. In molte malattie neurodegenerative la microglia continua a funzionare (attivazione cronica) producendo citochine e ROS = pericolo (propagazione del danno neuronale).

• oligodendrociti e cellule di Schwann: sono le cellule che costituiscono i manicotti di mielina. Nel SNP ci sono le cellule di Schwann e ogni cellula costituisce un manicotto. Nel SNC ci sono gli oligodendrociti, che hanno corpo cellulare con numerose occlusioni che vanno a formare i manicotti. Le cellule che vanno a costituire la mielina (entrambi i tipi) hanno la membrana plasmatica con pochissime proteine: fatta principalmente di fosfolipidi. Questo perché se ci fossero proteine che possono essere canali trasportatori, queste potrebbero mediare un trasporto di ioni attraverso le membrane. Dato che ci sono fosfolipidi si crea un forte isolamento attorno all'assone delle cellule neuronali.

IL POTENZIALE DI MEMBRANA

Tutte le cellule presentano a livello della loro membrana plasmatica una

differenza di potenziale elettrico (d.d.p.).

Img a dx: d.d.p. misurata col voltmetro: elettrodo posto nell'ambiente extracellulare e microelettrodo inserito nella cellula. Quest'ultimo ha una punta di dimensioni di 1µm in grado di bucare la membrana plasmatica senza creare danni. Si osserva che all'interno della cellula il potenziale, rispetto all'esterno, è negativo. La presenza di questo potenziale è importante anche nella natura dei segnali elettrici, ma è presente anche nelle cellule non eccitabili.

Il potenziale di membrana origina:

1. dall'ineguale distribuzione degli ioni inorganici ai due lati della membrana (condizione necessaria ma non sufficiente);
2. dalla dotazione di canali ionici sulla membrana plasmatica che determina la permeabilità selettiva verso diversi tipi di specie ioniche.

Queste due sono le condizioni necessarie affinché si crei il potenziale di membrana.

BASI IONICHE DEL POTENZIALE DI MEMBRANA A RIPOSO

In tutte le situazioni, lo ione potassio si trova maggiormente concentrato all'interno della cellula (ambiente citosolico) rispetto all'esterno (ambiente extracellulare). È il contrario per gli ioni sodio e cloruro. Poi le concentrazioni possono essere, in termini assoluti, cellula-specifiche. [il gradiente elettrochimico del sodio viene usato nei trasporti attivi secondari] Il potenziale di membrana a riposo dipende da questi tre ioni (quasi esclusivamente dagli ioni K+ e Na+). Se la cellula fosse selettivamente permeabile solo a uno ione specifico, avremmo un potenziale di equilibrio dato dalla legge di Nernst, che prende in considerazione le concentrazioni nell'ambiente extra- ed intracellulare. Es. assone gigante di calamaro: ione potassio → le concentrazioni extracellulari e intracellulari dello ione K+ se la membrana fosse permeabile solo allo ione K+, farebbero in modo che il potenziale di equilibrio sia cca -75 mV. Se fosse permeabile solo allo ione sodio,

Date le sue [ ] in ambiente extra- e intra-, il potenziale di equilibrio per Na sarebbe +55 mV e se fosse solo per lo ione cloruro -66 mV (sempre legge di Nernst, segno meno dato dalla valenza). I potenziali di membrana sono negativi e sono abbastanza vicini ai potenziali di equilibrio per gli ioni potassio e cloruro e lontani da quello del Na. Nel capire quali sono le basi ioniche del potenziale a riposo si sono fatte delle ipotesi:

• 1902 Bernstein: pensava che la membrana fosse permeabile solo al K+, e quindi che il potenziale di membrana corrispondesse al potenziale di equilibrio dello ione K+. Poi però si vede che anche lo ione cloruro ha un potenziale simile a quello di membrana, ancor più del K+.
• 1941 Boyle e Conway: membrana cellulare permeabile al K+ ed al Cl-. Non permette il passaggio di ioni Na+ e ioni relativi a proteine (-) il potenziale di membrana è un potenziale di equilibrio che può essere descritto dall'equilibrio di Donnan.

Questo spiega come il potenziale di membrana abbia un valore molto vicino al potenziale di equilibrio dello ione K+ e al potenziale di equilibrio dello ione Cl-. Dato a supporto di questa ipotesi: se il potenziale di membrana è un potenziale di equilibrio che si instaura in seguito a un equilibrio di Donnan, perché la membrana è selettivamente permeabile ad alcuni ioni ma non a tutte le specie ioniche (ci sono ioni non permeanti), variare le concentrazioni ioniche di questi ioni dovrebbe indurre un effetto sul potenziale di membrana. Esperimenti: aumentare [K+] extracellulare. <- potenziale di equilibrio del potassio. 58 fariferimento alla trasformazione di quei termini a 25°C. <- proprietà dei logaritmi. Il potenziale di equilibrio del potassio può essere descritto da questa equazione. Il termine che fa riferimento al potassio intracellulare è mantenuto costante (è più semplice modificare la [K+] extracellulare dell'intracellulare).

ma che il sodio non segue l'equilibrio di Donnan (potenziale di equilibrio del Na+ totalmente diverso dal potenziale di membrana). Il potenziale di membrana a riposo non è un potenziale di equilibrio, bensì un potenziale di diffusione!! Nel potenziale di diffusione abbiamo visto come si raggiunga una situazione di elettroneutralità, in cui i flussi di cariche sono tali per cui non si va a modificare l'elettroneutralità della soluzione ma i vari ioni che attraversano la membrana non sono in una situazione di equilibrio. L'equazione di Goldman descrive il potenziale di membrana: Ci sono delle similitudini con l'equazione di Nernst, ma anche differenze. Differenze: 1-Nell'equazione di Goldman vengono presi in considerazione i vari ioni che potenzialmente possono attraversare la membrana e quindi contribuire al potenziale di membrana, non un solo ione alla volta (Nernst). 2-Affianco alla concentrazione dei vari ioni è presente