Farmacologia - II semestre

Sistema nervoso autonomo

Il sistema nervoso autonomo modula molte funzioni del nostro organismo regola l’omeostasi. Circa il 50% dei farmaci agiscono modulando l'attività degli organi bersaglio del sistema nervoso autonomo. Il motoneurone α innerva le fibre del muscolo scheletrico e la fa contrarre. A livello della placca neuromuscolare avviene il rilascio di acetilcolina che va a legare il recettore colinergico nicotinico. È una via estremamente veloce (msec) e deve essere spenta altrettanto velocemente. L'acetilcolina viene degradata in colina dall'acetilcolina esterasi.

Il sistema nervoso autonomo invece non ha bisogno di un’elevata velocità (non si ragiona in termini di millisecondi, ma di secondi), non ha un’organizzazione anatomo-funzionale tale che consenta risposte molto rapide. È strutturato in periferia in due neuroni:

• Pre-gangliare: corpo si trova nel tratto intermedio del midollo spinale.
• Post-gangliare: raggiunge l’organo.

Branche periferiche

Esistono 3 branche periferiche:

1. Branca del simpatico o ortosimpatico: ha una fibra pre-gangliare corta che origina dai neuroni collocati nei corni laterali della sostanza grigia spinale. Escono dalla radice anteriore del midollo spinale e fanno sinapsi con neuroni che sono in gangli collocati fuori dal midollo spinale, ma vicino ad esso. Ha una lunga fibra post-gangliare.
2. Branca del parasimpatico: ha una fibra pre-gangliare lunga e una post-gangliare corta. La sinapsi avviene vicino o all’interno dell’organo.
3. Branca dell'enterico: innerva il tubo digerente.

Sistema simpatico

La fibra pre-gangliare colinergica rilascia acetilcolina, responsabile del potenziale eccitatorio post-sinaptico rapido che va a legarsi a dei recettori nicotinici. A livello post-gangliare c’è un secondo neurone che libera catecolammine, soprattutto noradrenalina, regolando gli organi bersaglio, tra i quali vi sono: neuroni enterici, cellule muscolari lisce o cardiache. Sia la fibra pre- che la post-gangliare rilasciano acetilcolina, avendo come target le cellule secretorie sudoripare (hanno recettori M).

La fibra pre-gangliare è molto lunga e fa sinapsi direttamente con le cellule cromaffini a livello della midollare del surrene, rilasciando adrenalina.

Sistema parasimpatico

Sia la fibra pre-gangliare che la post-gangliare rilasciano acetilcolina. Ha come target i neuroni enterici, le cellule muscolari lisce o cardiache, le cellule ghiandolari ed epiteliali. A livello pre-gangliare il neurotrasmettitore è sempre l’acetilcolina, la quale lega i recettori nicotinici (struttura: 2α -3β).

La diversificazione avviene a livello post-gangliare dove queste fibre vanno a regolare i loro organi bersagli che presentano recettori diversi a seconda del sistema:

• Simpatico: recettori adrenergici α e β accoppiati a proteine G.
• Parasimpatico: recettori muscarinici.

Il sistema nervoso autonomo regola l’omeostasi dell’organismo.

Target

• Cellule muscolari lisce: presenti a livello di tutti gli organi interni come vasi sanguigni (regolazione della resistenza periferica), intestino (peristalsi), albero respiratorio (bronchi), apparato genito-urinario (utero, corpi cavernosi, vescica), cellule cardiache del nodo seno-atriale.
• Neuroni enterici
• Ghiandole a secrezione mucosa
• Cellule ghiandolari a secrezione complessa (es: pancreas esocrine e cellule β)
• Midollare del surrene: può essere considerata un grosso neurone post-gangliare che stimolato dall’acetilcolina mette direttamente in circolo l’adrenalina.
• Ghiandole sudoripare: innervate dal sistema simpatico, devono essere stimolate quando si sta producendo calore per poterlo disperdere (es: durante l’attività fisica).

Tutti gli organi del nostro organismo sono innervati sia dal sistema simpatico che da quello parasimpatico, sono co-presenti. La co-presenza serve a regolare l’attività dell’organo a seconda di quale dei due sistemi viene stimolato maggiormente. In alcuni casi prevale l’uno rispetto all’altro, in altri casi sono equivalenti:

• Equivalenti a livello respiratorio e nella porzione sopraventricolare del cuore.
• Il simpatico prevale a livello dei vasi sanguigni.
• Il parasimpatico prevale a livello gastro-enterico.

Distinzione anatomica dei due sistemi

La distinzione anatomica dei due sistemi avviene in base alla localizzazione del neurone pre-gangliare. Il sistema simpatico è prevalentemente toraco-lombare; le fibre pre-gangliari originano da neuroni collocati nelle corna laterali della sostanza grigia a livello del tratto toracico e lombare del midollo spinale (T1-L2). Il sistema parasimpatico è prevalentemente cranio-sacrale. Le fibre pre-gangliari originano da due tipi di struttura:

• Nuclei encefalici: sede cranica, mesencefalo-bulbo, sono a tutti gli effetti dei nervi encefalici e le loro fibre viaggiano soprattutto con i nervi III, VII, IX e X.
• Mielomeri sacrali: S2-S4, dai quali le fibre emergono dal corno ventrale del midollo. Sono dei nervi encefalici, le informazioni viaggiano soprattutto con i nervi trigemino (V), glossofaringeo (IX) e vago (X).

Queste fibre andranno a fare sinapsi con i rispettivi neuroni post-gangliari localizzati a vari livelli:

• Simpatico nei gangli para-vertebrali.
• Parasimpatico a livello dell’ilo dell’organo.

Branche afferenti

Il sistema nervoso autonomo non ha solo branche efferenti, ma ha anche delle branche afferenti fibre che raggiungono il tronco encefalico, dove avviene l’integrazione. Esistono diversi tipi di sensibilità:

• Somatica: temperatura e nocicezione. La cute si raffredda e invia informazione al SNA che induce vasocostrizione; dolore intenso induce vasodilatazione periferica.
• Speciale: organi di senso (odori molto intensi inducono meccanismi di protezione, potrebbe essere una sostanza tossica).
• Viscerale: barocettori e chemiocettori (importantissima la concentrazione di CO₂, iper-capnia).

Entrambi i sistemi ricevono informazioni su sensazioni fisiologiche deputate al mantenimento dell’omeostasi, ma solo il sistema simpatico riceve delle informazioni nocicettive (dolore viscerale, non somatico).

Ortosimpatico: le fibre sensitive originano dai visceri e raggiungono i gangli sensitivi spinali, da qui entrano nel corno dorsale del midollo spinale e raggiungono i centri di integrazione superiore (es: ipotalamo) ed evocano risposte efferenti. Parasimpatico: le fibre sensitive originano dai visceri e raggiungono i gangli sensitivi cranici, da qui arrivano nei centri di integrazione superiore ed evocano risposte efferenti. Le informazioni dalla periferia viaggiano soprattutto con il nervo trigemino, vago e glosso-faringeo e raggiungono il tronco cerebrale dove avviene l’integrazione.

Locus ceruleus

Il locus ceruleus è un nucleo situato nel tronco encefalico ed è il centro noradrenergico più importante (ritmo sonno-voglia, dolore). La parte ventro-laterale del nucleo ambiguo è un centro di inibizione del sistema cardiovascolare.

Il sistema nervoso autonomo è un circuito che si occupa di regolare le diverse funzioni, ricevendo informazioni dalla periferia. Non è però svincolato dalle funzioni superiori, venne chiamato in origine “autonomo” perché gli anatomici nel 1500 avevano notato che rimuovendo un’ansa intestinale questa continuava a contrarsi anche al di fuori del corpo.

Il SN è sotto lo stretto controllo delle funzioni superiori ed è stimolato da aree del sistema limbico parte del SNC, è particolarmente importante per la vita emotiva. SNA è un’interfaccia tra la vita emotiva e il mondo esterno.

Regolazione autonoma intestinale

Il caso della regolazione autonoma intestinale è particolare: sistema metasimpatico o metamurale. L’ansa intestinale continua a contrarsi perché fa parte di un circuito autonomo che ha una funzione indipendente, ma che è comunque controllato. Il circuito è formato da un grosso neurone sensitivo (di comando) che invia le informazioni a neuroni a monte e a valle, attivazione eccitatoria da una parte e inibitoria dall’altra per garantire la direzionalità della peristalsi: costrizione a monte in modo tale che il cibo non torni indietro e inibizione a valle per permettere l’avanzamento. Interneuroni liberano dopamina e serotonina.

Il neurone di comando è controllato dal vago (X), la peristalsi è regolata da recettori muscarinici presenti sul neurone di comando; se vengono bloccati, avviene un blocco della peristalsi.

I neuroni pre-gangliari sono detti motoneuroni viscerali, escono dalle corna anteriori e raggiungono il ganglio dove liberano costantemente acetilcolina, la quale lega i recettori nicotinici a livello post-gangliare provocando una rapida depolarizzazione del neurone post-gangliare, il quale viene stimolato a rilasciare il neurotrasmettitore.

I meccanismi tramite i quali agisce l’acetilcolina con il recettore nicotinico sono oggetto di intensa ricerca farmacologica. La sua azione può essere bloccata dall’Esametonio, un bloccante selettivo del recettore αβ; farmaci ganglioplegici paralizzano il SNA: vengono utilizzati in ricerca, l’unica applicazione terapeutica è nel caso di aneurisma dissecante dell’aorta.

Avviene la dilatazione del vaso per sfiancamento della parete con tendenza alla rottura, è detto dissecante perché le tonache si scollano l’una dall’altra e il sangue si infila tra le tonache per evitare che si rompa, si cerca di abbassare la pressione arteriosa ai limiti della morte utilizzando i ganglioplegici.

Recettori espressi sugli organi bersaglio

• Sono recettori di membrana che interagiscono con l’adrenalina e altre catecolammine.
• Sono dei recettori metabotropici appartenenti ai recettori accoppiati a proteine G.
• I recettori adrenergici sono classificati in α, α₁, α₂ e β, a loro volta ripartiti in diversi sottotipi.
• Le molecole fisiologiche deputate all’interazione con questi tipi di recettori sono le catecolammine, in particolare adrenalina e noradrenalina.

L’adrenalina è capace di attivare tutti i recettori α e β. La noradrenalina è selettiva solamente per i recettori α e β₁.

• α₁ a/b/c/d: sono tutti accoppiati alla fosfolipasi C, aumento IP₃ e DAG, che a loro volta provocano l’aumento di Ca²⁺ e la contrazione.
• α₂ a/b/c: prevalentemente inibiscono l’adenilato ciclasi e aumentano la permeabilità al potassio, diminuendo invece quella al Ca²⁺, inibito rilascio del neurotrasmettitore, la cellula si iperpolarizza e avviene il blocco della secrezione/contrazione.
• β₁/2/3: stimolano l’adenilato ciclasi e l’aumento dell’AMP ciclico.

• Appartengono tutti alla superfamiglia dei recettori a 7 domini transmembrana associati a proteine G.
• La clonazione genica ha consentito di rilevare l’esistenza di 5 diversi sottotipi M₁, M₂, M₃, M₄, M₅, che si differenziano per diversa distribuzione negli organi, meccanismi di trasduzione e affinità per i farmaci.

Questi recettori mediano gli effetti dell’acetilcolina a livello delle sinapsi parasimpatiche post-gangliari (cuore, muscolatura liscia, ghiandole) e contribuiscono all’eccitazione gangliare.

• M₁, M₃, M₅: sono accoppiati alla fosfolipasi C, stimolano l’aumento del calcio intracellulare (es: a livello del muscolo bronchiale, cellule mucipare).
• M₂ e M₄: inibiscono l’adenilato ciclasi, inibizione dei canali del calcio e attivazione dei canali del potassio.

Regolazione a livello della cellula muscolare liscia

Il sistema è strettamente correlato a un sistema di fosforilazione della catena leggera della miosina che avviene ad opera della chinasi MLCK, un enzima calmodulina-dipendente. Se aumenta la concentrazione di calcio, la calmodulina si attiva e avviene il legame all’enzima che stimola la fosforilazione della miosina e la sua attivazione, in questo modo può interagire con l’actina e stimolare la contrazione. Nel muscolo scheletrico e in quello cardiaco il sistema è regolato dalla troponina e non dallo stato di fosforilazione della catena leggera della miosina.

Il calcio a livello del muscolo liscio deriva prevalentemente dal reticolo endoplasmatico per stimolazione di un recettore ligando-dipendente che lega l’IP₃. È essenziale l’attivazione della fosfolipasi C. In alcune cellule il calcio può venire dall’esterno tramite canali ionici voltaggio-dipendenti nelle cellule lisce vasali (non ci sono nella mucosa bronchiale). I bloccanti dei canali Ca²⁺ (impropriamente detti “calcio-antagonisti”) stimolano la vasodilatazione e sono utilizzati per trattare l’ipertensione.

Recettori β₂ adrenergici della muscolatura liscia bronchiale

Sono il bersaglio molecolare dei broncodilatatori simpatico-mimetici che vengono utilizzati per l’asma. Si utilizza un agonista dei recettori β₂ come il salbutamolo (Ventolin), che si comporta come adrenalina/noradrenalina. Provoca un aumento di cAMP che va ad attivare la PKA (tetramero formato da due subunità catalitiche e da due regolatorie; quando sono attivate quelle catalitiche si staccano e vanno a fosforilare i substrati).

La PKA, una volta attivata, va a fosforilare diversi substrati fra cui:

• Chinasi della catena leggera della miosina: inattivata.
• Fosfatasi della catena leggera della miosina: attivata, va a defosforilare la catena leggera della miosina.

In questo modo viene inibita la contrazione. La cellula bronchiale durante l’asma è contratta, la somministrazione del salbutamolo serve per favorire la dilatazione del bronco.

Recettore β₁ adrenergico a livello cardiaco

È molto espresso a livello cardiaco. A livello delle cellule di lavoro cardiaco ha un effetto ionotropo positivo, aumentando la forza di contrazione. Aumentando la forza, di conseguenza aumenta anche la richiesta di sangue e di ossigeno. L’attivazione del sistema simpatico agisce sui recettori β₁, avviene l’aumento di AMP ciclico e l’attivazione della PKA. A livello cardiaco non è presente la MLCK, quindi la PKA fosforila altri target rispetto al muscolo liscio bronchiale.

Per aumentare la forza di contrazione è necessario aumentare la disponibilità di calcio, fosforilazione dei canali del calcio che restano aperti, aumentano così i livelli di calcio intracellulare e la forza di contrazione.

Recettori β₁ e M₂ nella frequenza cardiaca

I recettori β₁ e M₂ regolano la frequenza cardiaca nelle cellule pacemaker cardiache. I recettori β₁ sono molto importanti nel nodo SA e AV. In particolare nel nodo seno-atriale:

• Il sistema ortosimpatico determina un aumento della frequenza cardiaca = tachicardia.
• Il sistema parasimpatico (stimolazione dal nervo vago) = bradicardia.

Nel nodo SA sono presenti delle cellule che depolarizzano spontaneamente (funny current), canali che si aprono non con la depolarizzazione ma con l’iperpolarizzazione. Normalmente un canale per il Na⁺ si apre quando avviene un potenziale d’azione, questi canali invece si aprono quando la cellula si sta iperpolarizzando, in questo modo si ottengono dei cicli di depolarizzazione e ripolarizzazione autonomi. I nucleotidi e in particolare l’AMP ciclico modulano la soglia di attivazione di questi canali (canali HCN).

In presenza di cAMP, i canali HCN diventano più sensibili e si aprono già a -40 mV rispetto che a -90mV; avviene un risparmio di tempo e quindi un aumento della frequenza cardiaca. Il cAMP agisce direttamente sui canali funny. I recettori β₁ attivano l’adenilato ciclasi. La stimolazione dei recettori M₂ ha come effetto l’inibizione dell’adenilato ciclasi, inibisce la produzione di cAMP attraverso le subunità β e γ, aprendo i canali del K⁺, e causano iperpolarizzazione.

Esistono dei farmaci con effetto bradicardizzante es: Ivabradina, un anti-aritmico, blocca il canale (sviluppato per angina pectoris e scompenso cardiaco).

NO e regolazione della muscolatura liscia vasale

I secondi messaggeri sono dei regolatori importanti della muscolatura liscia vasale, uno di quelli più importanti è l’NO. L’NO endoteliale viene sintetizzato dall’enzima eNOS, il quale viene attivato dal calcio che viene rilasciato dai canali che risentono dello stretch del flusso laminale (canali ad apertura meccanica). Nel distretto endoteliale è essenziale il ruolo dell’ossido nitrico che contrasta il sistema simpatico e mantiene l’equilibrio tra la vasocostrizione (simpatico) e la vasodilatazione (NO).

La bradichinina è un mediatore infiammatorio che induce l’attivazione dell’eNOS e quindi la vasodilatazione. Particolari neuroni che viaggiano con il nervo vago di specifiche zone del cervello non utilizzano né noradrenalina né acetilcolina come neurotrasmettitore; sono dette fibre NANC e possono utilizzare l’NO come neurotrasmettitore. Queste fibre agiscono a livello genito-urinario e apparato respiratorio. Quando la muscolatura liscia vasale è contratta, è avvenuto un aumento del calcio intracellulare in seguito a stimolazione. Questo Ca²⁺ è utilizzato per far aprire ulteriori canali al Ca²⁺ e viene stimolata la produzione di NO mediante l'azione della eNOS.