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Fisiologia dei sistemi

Appunti completi di tutti gli argomenti per il corso di Fisiologia dei sistemi di Scienze Biologiche della prof.ssa Rocchetti. Permettono di preparare l'esame senza dover aggiungere nessun altro testo (voto da me conseguito: 30 e lode). Argomenti: sistema nervoso, endocrino, apparato cardiovascolare, respiratorio e sistema escretore. Consiglio di affiancare le slide della prof per consulto immagini... Vedi di più

Esame di Fisiologia dei sistemi docente Prof. M. Rocchetti

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ESTRATTO DOCUMENTO

medio è allora quello

perilinfa. Un liquido per definizione è incomprimibile. Il compito dell’orecchio

di amplificare il segnale per permetterne il passaggio, cosa che avviene grazie alla vibrazione dei tre

ossicini ma soprattutto attraverso l’amplificazione timpano-finestra ovale. Questa amplificazione è

possibile per via del rapporto di superficie tra timpano, grande, e finestra ovale, piccola, cosa che

permette un aumento della pressione.

Anatomia della coclea

La coclea può essere divisa in 3 scale: vestibolare, media e timpanica. La finestra ovale permette la

tra l’orecchio medio e la scala vestibolare, la finestra rotonda invece tra orecchio

comunicazione

medio e scala timpanica. A livello della scala media c’è una membrana detta basilare che la separa

dalla scala timpanica. Su tale membrana poggia l’organo del Corti.

La membrana di Reissner separa invece la scala media da quella vestibolare.

Infine, l’elicotrema permette la comunicazione tra le scale vestibolare e timpanica.

La coclea è quindi composta essenzialmente da una spirale ossea collegata ad un canale cocleare e

compie 2 giri e ¾ attorno al proprio asse che prende il nome di modiolo.

All’interno di queste scale troviamo del liquido. Quello presente nella scala media si definisce

endolinfa, quello che invece si trova nelle altre due scale prende il nome di perilinfa. Lo ione più

concentrato nell’endolinfa è il K mentre nella perilinfa il sodio. L’endolinfa mima infatti l’ambiente

+

intracellulare mentre la perilinfa quello extracellulare. Le cellule dell’organo del Corti sono quindi

immerse in un ambiente ricco di potassio.

Le onde sonore entrano dunque nel canale acustico e raggiungono la membrana timpanica. Da qui

vengono trasmesse alla coclea attraverso i tre ossicini. In particolare, l’onda entra nella scala

vestibolare e inizia a far oscillare la membrana basilare in punti precisi in base alle caratteristiche

dell’onda. Un’onda ad elevata frequenza infatti fa oscillare la porzione più basale della coclea mentre

una a bassa frequenza fa oscillare la zona apicale.

spinge verso l’interno della finestra ovale. La membrana

Durante la fase di compressione la staffa

basilare si flette allora in un determinato punto. Finestra ovale e finestra rotonda si comportano in

maniera opposta: se una spinge l’altra si estende. esercitata dall’onda sonora creando un’onda

La membrana basilare reagisce alla pressione

progressiva che si sposta dalla finestra ovale all’apice.

Da un punto di vista strutturale essa non è tutta uguale: alla base è abbastanza stretta e rigida, all’apice

è molto più larga e flessibile. Questo fa sì che la porzione basale sia più sensibile alle elevate

frequenze mentre quella apicale alle basse frequenze. Lo spostamento della membrana basilare è

massimo per frequenze pari a 20 kHz vicino alla finestra ovale e per frequenze pari a 20 Hz vicino

all’apice. I suoni dunque non vengono trasdotti casualmente in tutti i punti: un suono ad alta frequenza

farà oscillare soprattutto la porzione basale della coclea proprio per la struttura della membrana

basilare.

Mappa tonotopica: un suono misto farà oscillare la membrana in punti diversi a seconda dei suoni

che lo compongono. Avremo inoltre un picco di oscillazione massima in un determinato punto della

coclea. 25

Organo del Corti (Organ of Corti)

L’organo del Corti poggia sulla membrana basilare ed è deputato alla trasduzione e alla trasmissione

dell’informazione uditiva. Contiene due tipi di cellule ciliate, interne ed esterne, organizzate in tre

file di cellule cigliate esterne e una sola fila di cellule cigliate interne. Le cellule interne sono quelle

più importanti perché fanno sinapsi con i terminali delle fibre afferenti ed è quindi da loro che

l’informazione raggiunge i centri superiori. Le ciglia delle cellule ciliate poggiano su una membrana

calcarea che prende il nome di membrana tettoria.

Strettamente connesse alle cellule cigliate troviamo le cellule a pilastro le quali costituiscono la

struttura dell’organo e spesso hanno funzione rigenerativa.

Le cellule cigliate trasducono l’informazione ma non sono dotate di assone. Le fibre afferenti

sinaptano solo sulle cellule cigliate interne. Le cellule esterne infatti non servono per trasmettere

l’informazione a livello centrale, in quanto le fibre afferenti raramente le raggiungono. Ricevono

invece informazioni efferenti che dalla corteccia raggiungono l’orecchio. Sono quindi importanti per

l’integrazione delle informazioni. –

Le cellule cigliate sono deputate alla trasmissione del suono. Quelle interne sono circa 3000 4000,

molte meno quindi di quelle esterne che sono circa 20 000.

Le cellule cigliate sono dotate di stereociglia. In alcuni casi presentano anche un ciglio più lungo

Nella coclea però quest’ultimo non ha la struttura vera e propria del ciglio. A fianco

detto chinociglio.

alla cellula ciliata troviamo le cellule di supporto (es. cellule a pilastro). Troviamo inoltre diverse

giunzioni serrate. A volte queste cellule sinaptano anche con fibre efferenti. Infine, presentano

vescicole sinaptiche ricche di glutammato.

Trasduzione del segnale: Trasduzione Meccano-Elettrica (MET)

Se lo stimolo spinge le ciglia verso il ciglio più grande si ha una stimolazione positiva e quindi

depolarizzazione del potenziale di membrana. Se invece le ciglia si spostano dal lato opposto si ha

inibizione e quindi iperpolarizzazione della membrana.

(Teoria delle “gating spring”)

Perché?

Sulle ciglia ci sono dei canali molto importanti per il segnale uditivo che sono attivati dallo

stiramento. Questi canali sono collegati l’uno all’altro da una componente elastica. Il mancato o

l’avvenuto stiramento di quest’ultima determina la chiusura o l’apertura dei canali.

Quando la molla è rilassata, il canale di meccanotrasduzione MET è chiuso. Lo stiramento della molla

apre il gate meccanosensibile del canale.

Quando le stereociglia vengono piegate in direzione eccitatoria le molle di gating vengono stirate e i

+

canali MET si aprono, facendo entrare principalmente K dal momento che le cellule cigliate sono

immerse nell’endolinfa.

L’ingresso di potassio va ad attivare i canali voltaggio dipendenti per il Ca 2+ che a sua volta facilita

l’esocitosi favorendo così la liberazione del NT (glutammato). Il calcio è importante per l’esocitosi

in quanto permette di mobilizzare le vescicole e liberarle dal citoscheletro.

al perdurare di uno stimolo c’è sempre un adattamento. Le

Adattamento della meccanotrasduzione:

correnti che fluiscono tendono infatti a diminuire e i canali si chiudono. 26

Possiamo avere un adattamento rapido con inattivazione calcio-dipendente dei canali MET, oppure

un adattamento lento, tramite lo spostamento verso il basso del complesso MET. Quando le

tempi prolungati il complesso motore si stacca dall’actina e scivola lungo

stereociglia sono flesse per

lo stereociglio riducendo la tensione nelle molle di gating e chiudendo i canali MET. Al termine dello

stimolo meccanico, il complesso motore si trova più in basso di quanto non fosse prima dello stimolo

stesso, a causa dello scivolamento. Questo provoca una riduzione transiente della corrente MET al di

sotto del valore di riposo. La tensione di riposo viene poi ripristinata per l’azione di scalamento della

miosina. riposo c’è sempre una porzione di canali aperta, circa il 10% dei canali ionici, quindi

In condizioni di

il neurone sensoriale invia un segnale (scarica) tonico.

Eccitazione: quando le cellule cigliate si piegano in una direzione, le cellule si depolarizzano; questo

la frequenza dei potenziali d’azione nel corrispondente neurone sensoriale.

incrementa se le cellule cigliate s’inclinano nella direzione opposta, i canali si chiudono. La cellula

Inibizione: dei potenziali d’azione nel

cigliata si iperpolarizza (perché entrano meno ioni +) e la frequenza

neurone sensoriale diminuisce. fedelmente il timing e l’intensità del suono.

La piega delle stereociglia riflette

Quando l’onda pressoria pervade la scala timpanica genera oscillazioni della membrana basilare.

tettoria si muove, tangenzialmente all’organo del Corti, stimolando le

Anche la membrana

stereociglia delle cellule cigliate.

Le cellule che poggiano sulla membrana basilare dell’organo del Corti hanno una loro

specializzazione. Le cellule basali hanno ciglia corte e piuttosto rigide. Le cellule apicali sono invece

dotate di ciglia lunghe e sottili. Questo fa sì che alla base la sensibilità è elevata per alte frequenze

mentre all’apice per le basse frequenze.

Curve di sintonizzazione: sull’asse x abbiamo la frequenza, sull’asse y l’intensità del suono. Ci

permettono di osservare che alcune cellule cigliate sono più sensibili ad alcune frequenze mentre altre

cellule ad altre frequenze. Una cellula che è sensibile ad un certo stimolo risponde anche a basse

intensità dello stimolo stesso.

Dalle cellule cigliate l’informazione viaggia verso i centri superiori. Le cellule cigliate interne

costituiscono il 25% del totale delle cellule cigliate e contattano il 95% delle fibre afferenti; le cellule

cigliate esterne costituiscono il 75% del totale e contattano solo il 5% delle fibre afferenti; sono però

invece altamente innervate dalle fibre efferenti.

Le fibre afferenti che innervano le cellule ciliate interne presentano una forte convergenza (10/30

fibre per ciascuna cellula) mentre le fibre afferenti che innervano le cellule ciliate esterne presentano

una forte divergenza (1 fibra per 10 cellule). Le fibre efferenti che innervano abbondantemente le

cellule ciliate esterne contattano anche le fibre afferenti che innervano le cellule ciliate interne ma

non queste ultime direttamente.

Le cellule ciliate esterne sono più numerose ma svolgono un ruolo diverso nella trasduzione fungendo

L’azione di queste proteine allunga la cellula.

da amplificatori grazie a particolari proteine motrici.

La cellula allungata amplifica l’onda sonora costringendo le ciglia delle cellule interne a flettersi

maggiormente. 27

Nel Corti c’è già una codifica del segnale: le fibre portano informazioni relative a frequenza e fase

nonché intensità dell’onda.

sistema uditivo codifica l’intensità in due modi:

Il - Frequenza di scarica;

- Numero di cellule cigliate attivate.

Quando lo stimolo è intenso la membrana basilare vibra maggiormente. La codifica della frequenza

L’ancoraggio di fase indica che le cellule ciliate scaricano

avviene per tonotopia e ancoraggio di fase.

in corrispondenza con una precisa fase dell’onda sonora.

Le fibre afferenti entrano a far parte dell’ottavo nervo cranico, o nervo vestibolo-cocleare.

Quest’ultimo presenta due rami, uno cocleare e uno proveniente dal vestibolo.

Il nervo cocleare raggiunge i nuclei cocleari del tronco encefalico. A livello del tronco encefalico c’è

un’elaborazione più complessa del suono.

I due emisferi non hanno funzioni completamente simmetriche. L’area uditiva primaria presenta una

precisa organizzazione tonotopica per cui le basse frequenze sono in posizione rostrale/laterale e le

alte in posizione caudale/mediale. I toni puri sono quelli con frequenza precisa e sono elaborati dalla

corteccia uditiva primaria; quelli complessi sono invece composti da più frequenze e sono elaborati

dalla corteccia secondaria. Nell’emisfero sinistro le aree uditive secondarie confinano con le aree

corticali deputate al linguaggio, in quello destro no.

La percezione dello spazio uditivo

La corteccia è in grado di localizzare la sorgente sonora. Il meccanismo fondamentale si basa sul fatto

di avere due orecchie. Tramite l’ascolto binaurale il sistema percettivo è in grado di confrontare le

caratteristiche fisiche del suono che perviene alle due orecchie e di ricavare, da tale confronto,

informazioni sulla posizione della sorgente che l’ha generato.

I segnali che arrivano alle due orecchie presentano delle differenze:

- Differenza di fase o di tempo:

se la distanza della sorgente sonora dalle due orecchie è diversa ciò si traduce in una differenza

nel tempo di arrivo di ciascun segnale. Questo implica una differenza di fase. Il suono

raggiunge prima l’orecchio più vicino alla sorgente pertanto i potenziali d’azione raggiungono

prima il sistema nervoso centrale da quest’ultimo rispetto all’altro orecchio.

- Differenza di ampiezza:

le ampiezze dei due segnali sono diverse sia perché l’ampiezza diminuisce all’aumentare della

l’orecchio più lontano deve aggirare

distanza sia perché il segnale che deve raggiungere

l’ostacolo della testa e, nel fare ciò, perde energia.

- Differenza in frequenza:

le frequenze più alte non riescono a superare l’ostacolo quindi i due segnali differiranno per

il contenuto in frequenza. Questo è il motivo per cui risulta difficile individuare la direzione

di provenienza delle basse frequenze: queste sono in grado di oltrepassare gli ostacoli senza

una perdita di energia rilevante e dunque i suoni che arrivano alle due orecchie sono pressoché

identici.

- Differenza nel contenuto armonico: 28

“girare attorno” alla testa per raggiugere l’orecchio più lontano. Ciò

una delle due onde deve

comporta una leggera perdita sulle alte frequenze.

Il sistema visivo

L’occhio è costituito da una serie di lenti: cornea (connettivale) e cristallino. La luce oltrepassa tali

lenti che per rifrazione creano un’immagine capovolta sul lato posteriore dell’occhio.

Lo stimolo che interessa il sistema visivo è il fotone e, in particolare, le onde elettromagnetiche.

L’uomo è in grado di percepire le onde che rientrano nello spettro del visibile ovvero quelle che

presentano λ comprese tra 400 e 700 nm (dal violetto al rosso).

L’occhio è protetto dalle palpebre e dal liquido lacrimale che lo mantiene lubrificato e permette la

rimozione dei patogeni. L’occhio inoltre è una sfera cava divisa in due camere dal cristallino: una

camera anteriore ad esso piena di un liquido che prende il nome di umor acqueo dotato di

composizione simile a quella del plasma, e una posteriore contenente un altro liquido, più gelatinoso,

che prende il nome di umor vitreo.

La luce entra dalle pupille e raggiunge la zona posteriore dell’occhio attraversando una serie di

barriere. L’immagine viene poi focalizzata sulla retina.

Procedendo in direzione antero/posteriore troviamo lo strato esterno connettivale che si articola in

cornea (anteriormente) e sclera (posteriormente). Poi abbiamo uno strato intermedio vascolarizzato

che serve per nutrire l’occhio e assorbire la luce che non va ai fotorecettori. Questo è costituito da

iride, corpo ciliare e coroide.

Infine, abbiamo uno strato interno nervoso che è la retina sul quale si trovano i fotorecettori. A livello

della retina individuiamo una zona che viene detta fovea la quale è ricca di coni ed è circondata da

A livello della fovea si ha la messa a fuoco dell’immagine.

un disco chiamato macula.

I vasi sanguigni e il nervo ottico escono dall’occhio in un punto che è detto cieco in quanto privo di

fotorecettori. s’intende la deviazione dei raggi luminosi, a causa del passaggio dall’aria a mezzi

Per rifrazione

diversi (es. acqua).

Una sostanza completamente trasparente non assorbe energia luminosa: la luce viene rifratta con una

certa angolazione. L’angolo di rifrazione dipende dalla densità dei mezzi e dall’angolo con cui i raggi

raggiungono il mezzo.

Una sostanza opaca invece riflette più o meno parzialmente la luce; gli oggetti infatti sono chiari o

scuri a seconda della quantità di luce assorbita o riflessa.

grado di regolare la quantità di luce che entra nell’occhio variando il diametro da 1 –

La pupilla è in

8 mm. Questo è possibile grazie alla sua contrazione da parte del SN parasimpatico attraverso il

muscolo costrittore, e alla sua dilatazione da parte del SN simpatico attraverso i muscoli radiali.

La lente più importante è il cristallino il quale è dotato di una matrice riccamente proteica e di cellule

allungate disposte a cipolla. Questo comporta l’arrivo di una

La cataratta è dovuta ad un cristallino opacizzato. minor quantità di

luce sulla retina. 29

Una lente è un oggetto trasparente delimitato da due superfici curve che deviano i raggi luminosi in

funzione del suo indice di rifrazione e della curvatura. Il cristallino deve essere una lente convessa e

non concava. Questo perché una lente con una superficie convessa fa convergere i raggi (li avvicina

tra loro) mentre una lente con una superficie concava li fa divergere (li allontana tra loro).

La distanza focale è la distanza fra il centro della lente e il punto focale.

Messa a fuoco di sorgenti di luce lontane e vicine

I raggi provenienti da una sorgente di luce lontana (più di 6 metri dall’occhio) sono paralleli quando

raggiungono l’occhio.

I raggi provenienti da una sorgente di luce vicina (meno di 6 metri dall’occhio) stanno invece ancora

divergendo quando raggiungono l’occhio. Una lente di un determinato potere di rifrazione ha bisogno

di una distanza maggiore per far convergere i raggi provenienti da una sorgente vicina rispetto alla

distanza necessaria per far convergere quelli paralleli provenienti da una sorgente lontana. Questo si

traduce in un punto focale più lontano.

Per mettere a fuoco le sorgenti di luce sia lontane sia vicine nella stessa distanza, ovvero quella tra il

cristallino e la retina, deve essere utilizzata una lente più potente per la sorgente vicina.

Il cristallino è convesso su entrambe le superfici e la sua capacità di rifrazione aumenta con

l’aumentare della curvatura. Con la messa a fuoco di un oggetto, diventa più convesso e rifrange

i raggi luminosi. L’aumento della curvatura è detto

maggiormente accomodazione e consiste in un

ispessimento del cristallino per la messa a fuoco di oggetti vicini grazie alla contrazione delle fibre

del corpo ciliare. Con l’età viene persa la capacità di accomodare perché la lente invecchia; si parla

di presbiopia.

Definiamo punto remoto la distanza minima per la messa a fuoco senza accomodazione e punto

prossimo la distanza minima per la messa a fuoco con accomodazione.

l’immagine essa può apparire in modo diverso. Se infatti

In base al punto in cui viene focalizzata

viene focalizzata sulla retina l’immagine è nitida, in caso contrario essa è sfuocata. In particolare,

distinguiamo tra miopia se viene focalizzata davanti alla retina e ipermetropia se viene focalizzata

dietro la retina.

A livello della retina l’informazione può viaggiare attraverso due vie: verticale e orizzontale. In base

alla distribuzione delle cellule che costituiscono questo tessuto nervoso possiamo distinguere 5 strati:

• Strato nucleare esterno, contiene i fotorecettori (coni e bastoncelli);

• Strato nucleare interno, contiene le cellule bipolari. Queste ultime connettono i fotorecettori

con le cellule gangliari.

• Tra i due strati nucleari troviamo lo strato plessiforme esterno a livello del quale ci sono le

cellule orizzontali. Queste cellule collegano orizzontalmente i fotorecettori.

• C’è poi uno strato plessiforme interno in cui le cellule amacrine collegano orizzontalmente

le cellule bipolari.

• Infine, abbiamo lo strato delle cellule gangliari, il cui assone costituisce il nervo ottico.

L’informazione viaggia principalmente in senso verticale: fotorecettore-cellula bipolare-cellula

gangliare. Tuttavia, ai fini dell’integrazione è molto importante anche la via orizzontale. 30

Fotorecettori Essi sono accumunati da un’organizzazione strutturale che

Sono di due tipi, coni e bastoncelli.

prevede un segmento esterno, un segmento interno sede di nucleo, organuli e attività metaboliche dei

fotorecettori e una terminazione sinaptica a livello della quale si ha rilascio di glutammato.

I fotorecettori sono cellule sensoriali non dotate di assone che realizzano sinapsi chimiche con le

cellule bipolari.

La differenza sostanziale tra coni e bastoncelli interessa il segmento esterno a livello del quale

troviamo i pigmenti visivi. Questi ultimi infatti sono contenuti all’interno di dischi ben definiti nel

bastoncello mentre nel cono tali dischi sono aperti e corrispondono più che altro a delle invaginazioni

della membrana plasmatica.

L’epitelio pigmentato avvolge i fotorecettori ed è importante per la rigenerazione dei pigmenti. Tali

pigmenti sono la rodopsina nei bastoncelli e la conopsina nei coni.

Blocchi di dischi nel segmento esterno contenenti la rodopsina vengono infatti continuamente

e nuovi dischi vengono aggiunti alla base. I vecchi dischi vengono fagocitati dall’epitelio

rinnovati

pigmentato e vengono lisati (durante il giorno). All’inizio della giornata vengono reinseriti nuovi

dischi.

Rodopsina: si trova sulla membrana dei dischi ed è costituita da una parte proteica rappresentata

dall’opsina, proteina dotata di 7 segmenti transmembrana, e da un cromoforo rappresentato dal

retinale, derivato della vitamina A che assorbe la luce.

Il cromoforo è legato a livello di un punto ben preciso del VII segmento transmembrana. Al buio la

rodopsina si trova in conformazione cis. In tutti i pigmenti visivi l’11-cis-retinale è unito all’opsina

da un legame con un residuo di lisina al centro del settimo segmento transmembrana.

reazione per cui l’11-cis-retinale

La luce determina una diventa tutto-trans. Questo cambiamento

rende possibile l’attivazione della rodopsina.

i quali presentano 3 cromofori diversi sensibili a differenti λ:

Esistono 3 tipi di coni

• Coni L (Long-wave cone), più sensibili alla luce rossa (610 nm);

• Coni M (Middle-wave cone), più sensibili alla luce verde (560 nm);

• Coni S (Short-wave cone), più sensibili alla luce blu (430 nm).

I bastoncelli hanno invece un solo cromoforo maggiormente sensibile al verde con un picco intorno

ai 500 nm.

Le 3 conopsine sono altamente omologhe ma differiscono per alcuni aa che le rendono specifiche per

una determinata λ. In particolare, quelli del verde e del rosso sono i più omologhi. Le conopsine infine

sono omologhe per il 40% alla rodopsina.

Fovea

La luce entra nella pupilla e viene rifratta dal cristallino sulla fovea. La fovea rappresenta il punto di

massima acuità visiva (ovvero massima capacità di distinguere i dettagli) per via della presenza di

soli coni in questa regione. I coni hanno connessioni diverse con le cellule bipolari rispetto ai

bastoncelli. 31

Nella fovea la luce colpisce direttamente i fotorecettori perché i neuroni degli strati sovrastanti sono

spostati di lato. Non si ha quindi convergenza del segnale e il rapporto fotorecettori-cellule bipolari è

1:1.

Per elaborare l’informazione della fovea sono necessari un elevato numero di neuroni. La fovea è

rappresenta infatti dalla gran parte della mappa della corteccia visiva, circa il 50%. La zona

circostante alla fovea prende il nome di macula.

Retina laterale

È caratterizzata dalla presenza abbondante di bastoncelli. Qui il numero di fotorecettori è diverso dal

numero di cellule ganglionari e si ha la massima convergenza del segnale. Questo si traduce in una

minor acuità visiva, ovvero minor capacità di risolvere i dettagli, ma in una maggior sensibilità alla

luce tenue cosa che rende i bastoncelli importanti per la visione notturna.

I coni sono dunque massimi nella fovea mentre i bastoncelli nella retina laterale e nasale. Il disco

ottico rappresenta la via d’uscita del nervo ottico e d’ingresso dei vasi. In questa zona non si hanno

fotorecettori per cui si parla di punto cieco. Il segnale visivo fittizio è allora colmato dal SNC grazie

alle informazioni che arrivano dai due occhi.

Quindi riassumendo:

• I bastoncelli hanno un’elevata sensibilità alla luce, una visione monocromatica notturna e una

bassa acuità visiva. Sono inoltre maggiormente concentrati nella periferia della retina.

• una visione colorata diurna e un’elevata acuità

I coni invece hanno bassa sensibilità alla luce,

visiva. Sono inoltre maggiormente concentrati nella fovea.

A seconda dell’intensità della luce distinguiamo:

• Visione scotopica: bassa I, la trasduzione è deputata solo ai bastoncelli;

• Visione mesopica: I intermedia, la trasduzione è deputata sia a coni che bastoncelli;

• Visione fotopica: alta I, la trasduzione è deputata solo ai coni.

I fotorecettori si comportano in modo diverso rispetto agli altri recettori. Lo stimolo, ovvero la luce,

l’iperpolarizzazione.

causa

Corrente di buio: in assenza di stimolo, ovvero al buio, il recettore è depolarizzato (-40 mV vs -60

mV in presenza di luce). Questo perché nel segmento esterno ci sono dei canali che al buio creano

una corrente netta in entrata. Questi ultimi sono canali CNG attivati dal guanosin-monofosfato ciclico

o GMPc. Se il GMPc è alto a livello citosolico i canali sono aperti e si ha l’ingresso di Na + 2+

e Ca .

Questa corrente è controbilanciata da una corrente di potassio uscente dai canali voltaggio-dipendenti

del segmento interno. + +

Si genera un flusso dal segmento esterno a quello interno grazie alla presenza di pompe Na /K .

2+

Anche il Ca viene smaltito grazie alla sua eliminazione da parte di un trasportatore localizzato nel

segmento esterno. Esso importa uno ione sodio ed esporta uno ione calcio e uno potassio.

L’assorbimento della luce riduce il GMPc intracellulare, provocando la chiusura dei canali CNG e

l’iperpolarizzazione del fotorecettore. Più è grande lo stimolo, più il recettore iperpolarizza. Il fotone

infatti determina l’attivazione del cromoforo sui dischi per cui si genera una cascata di trasduzione

del segnale che fa diminuire il GMPc. 32

Fototrasduzione

Un fotone si converte in movimento atomico: la luce attiva la rodopsina a metarodopsina II proprio

tramite un cambiamento conformazionale del cromoforo. La metarodopsina II attiva una proteina G

che prende il nome di trasducina. Quest’ultima si articola in 3 subunità α, β e γ. La subunità α si stacca

e, in seguito all’idrolisi del GTP, va ad attivare la fosfodiesterasi. La fosfodiesterasi attivata taglia il

+

legame ciclico del cGMP che diventa GMP => i canali del Na si chiudono.

Un fotone causa la chiusura del 4% dei canali CNG e iperpolarizza di 1 mV.

Spegnimento del segnale

1. fosforilazione della metarodopsina II da parte di GRK (rodopsina kinasi);

2. legame della metarodopsina II fosforilata con l’arrestina con conseguente riduzione dell’affinità

per la trasducina; la fosfodiesterasi è inattivata.

3. distacco del cromoforo all-trans-retinale.

4. rigenerazione dell’11-cis-retinale e della rodopsina.

Quando arriva la luce i canali si chiudono. Tuttavia, essi devono potersi riaprire per rispondere a

di quest’ultimo deve

stimoli più intensi. Per riaprire i canali ionici dipendenti dal cGMP il livello

essere aumentato. A tal fine è necessaria l’attivazione della guanilato ciclasi.

Adattamento alla luce che entra inibisce in parte la guanilato ciclasi. Con l’arrivo del

+ 2+ 2+

Al buio entrano Na e Ca . Il Ca 2+

fotone i canali si chiudono per cui diminuisce la concentrazione di Ca . Questo fa sì che in presenza

di luce ci sia più guanilato ciclasi attiva che sintetizza cGMP permettendo la riapertura dei canali. Si

ha così una lenta depolarizzazione dei fotorecettori che possono così rispondere a stimoli più intensi.

• 2+

Al buio: [Ca ] elevata => GC parzialmente inibita

i

• 2+

In presenza di luce mantenuta: [Ca ] diminuisce => rimozione inibizione GC => aumento

i

della sintesi di cGMP => riapertura dei canali cationici => lenta depolarizzazione dei coni

=> nuova risposta a stimoli più intensi.

L’adattamento alla luce è limitato nei bastoncelli e massimo nei coni.

Adattamento al buio:

• I coni si adattano per 10 minuti ma non diventano particolarmente sensibili.

• I bastoncelli si adattano, ricaricandosi di rodopsina, per 30 minuti e diventano molto più

sensibili.

Rigenerazione del pigmento: la lenta conversione del retinale tutto-trans a 11-cis si realizza nelle

dell’epitelio pigmentato; richiede l’enzima isomerasi e il consumo

cellule di ATP.

l’assorbimento della luce da parte della rodopsina avvia una serie di eventi

Sbiancatura del pigmento:

in rapida successione nei quali il retinale cambia forma (da 11-cis a tutto-trans) e si sgancia

dall’opsina. 33

+ 2+

La corrente al buio è composta da Na (80%), Ca (15%) e da Mg (5%). Al buio deve evidentemente

+ 2+

esistere un meccanismo capace di rimuovere, come accade per il Na , anche il Ca in eccesso, e

+ + 2+

questo è fatto dallo scambiatore Na /K , Ca presente nel segmento esterno.

2+

Sebbene il Ca non partecipi direttamente ai processi fototrasduzionali ha però un ruolo di

regolazione, aumentando la capacità di segnalamento dei bastoncelli, velocizzandone il recovery

dopo illuminazione e sottoregolandone la sensibilità in condizioni di illuminazione, fenomeno

importante per l’adattamento alla luce.

Codifica sinaptica fotorisposta: bastoncelli

I bastoncelli sinaptano con un solo tipo di cellula bipolare, ovvero la cellula bipolare on, così definita

perché risponde alla luce. Si forma un complesso tra i dendriti delle cellule bipolari, il terminale

sinaptico del bastoncello e le cellule orizzontali che prende il nome di sferula.

Al buio viene rilasciato glutammato che genera una risposta inibitoria nelle cellule bipolari. Questo

bipolari i recettori sono metabotropici (e non ionotropici). L’effetto finale è

perché a livello delle

inibitorio perché si ha che il recettore attiva la fosfodiesterasi tramite proteina G per cui diminuisce

il cGMP e i canali CNG si chiudono => la cellula iperpolarizza.

La luce invece iperpolarizza il fotorecettore per cui la sinapsi funziona meno e non si ha rilascio di

glutammato. Questo determina una risposta eccitatoria perché la cellula bipolare è depolarizzata.

Codifica sinaptica fotorisposta: coni

I coni prendono contatto sia con le cellule bipolari on che con le cellule bipolari off. A livello della

sinapsi abbiamo un complesso formato dal terminale del cono, dalle cellule bipolari on, dalle bipolari

off e dalle cellule orizzontali che prende il nome di pedicello.

Le cellule bipolari on scaricano alla luce, le off invece sono inibite in presenza di luce ed eccitate al

buio. Questo perché al buio il terminale del cono rilascia glutammato, poi le on hanno recettori

metabotropici e quindi risposta inibitoria, le off recettori ionotropici e quindi risposta eccitatoria,

+ + 2+

poiché il recettore ionotropico è permeabile a Na , K e Ca .

I fotorecettori fanno sinapsi che conservano il segno sulle cellule orizzontali: al buio il fotorecettore

rilascia glutammato che apre i canali AMPA/kainato presenti sulla cellula orizzontale

depolarizzandola. Quest’ultima rilascia allora GABA inibitorio determinando inibizione laterale dei

fotorecettori.

Le cellule orizzontali si connettono tra loro con i dendriti e gli assoni tramite GAP junctions. Le GAP

junctions tra le cellule orizzontali sono vie di bassa resistenza elettrica che permettono la diffusione

laterale del segnale elettrico.

Questa organizzazione è alla base dell’opposizione centro-periferia che permette di aumentare la

definizione del contorno. La retina utilizza il contrasto, anziché la luminosità assoluta, per un migliore

riconoscimento degli stimoli deboli.

Data l’esistenza di cellule bipolari on e off, esistono anche cellule gangliari on e off dette

rispettivamente centro-on e centro-off.

Risposta delle cellule gangliari alla luce

I campi recettivi delle cellule ganglionari non sono omogenei. Le cellule gangliari centro-on

aumentano la loro scarica quando si illumina il centro del campo recettoriale e la diminuiscono

quando si illumina la periferia. 34

Lo stimolo che produce eccitazione massimale è un disco luminoso che si estende su tutto il centro

del campo mentre lo stimolo che produce inibizione massimale è un anello luminoso che si estende

l’illuminazione è diffusa e quindi viene illuminato contemporaneamente centro

su tutta la periferia. Se

e periferia la cellula gangliare non modifica la sua scarica e si ha una risposta debole.

Per le cellule gangliari centro-off le risposte sono invertite: esse scaricano maggiormente quando la

luce colpisce la periferia del campo recettivo.

Se la luce arriva nel campo recettoriale centrale si ha un’afferenza diretta dal fotorecettore eccitato

(iperpolarizzato) alla cellula bipolare on che depolarizza ed è quindi eccitata. Questo determina un

aumento della scarica delle cellule gangliari centro-on.

Lo stimolo luminoso diminuisce il rilascio di glutammato per cui le cellule bipolari off

iperpolarizzano e sono pertanto inibite. Le cellule off inibite causano a loro volta una riduzione della

scarica delle cellule gangliari centro-off.

Se la luce arriva invece nel campo recettoriale periferico si ha un’afferenza indiretta da fotorecettori

vicini, tramite le cellule orizzontali, alla cellula bipolare.

Le cellule orizzontali sono normalmente eccitate al buio grazie al rilascio di glutammato dal terminale

del fotorecettore. Le cellule orizzontali eccitate rilasciano GABA determinando inibizione laterale

dei fotorecettori. In seguito all’illuminazione del campo periferico, la cellula orizzontale risulta

iperpolarizzata e quindi cessa di esercitare il proprio effetto sul fotorecettore centrale. Questo allora

si depolarizza determinando così la trasmissione di un segnale inibitorio sulla linea on e di uno

eccitatorio sulla linea off.

Cellule gangliari

Distinguiamo tra cellule P o parvocellulari e cellule M o magnocellulari.

Le cellule P hanno campi recettivi stretti, a livello della fovea anche di un solo cono, e scarica tonica.

Le cellule M hanno invece campi recettivi ampi a scarica fasica.

I campi recettivi sono circolari, le cellule ganglionari non rilevano l’orientamento nello spazio dello

stimolo ma solo il contrasto.

Elaborazione retinica: permette la codifica dei segnali e prevede:

- Massimizzazione del rapporto segnale/rumore;

della ridondanza dell’informazione;

- Riduzione e non all’intensità della luce; i

- Trasmissione del segnale correlato alle sue variazioni spaziali

segnali periferici vengono sottratti a quelli centrali per inibizione laterale => codifica

contrasto spaziale.

Via visiva

La via principale è quella che va dall’occhio al talamo e dal talamo alla corteccia. Il campo visivo è

l’area dello spazio che può essere visto da ciascun occhio. Ogni occhio ha un suo campo visivo di

160°. Una parte dei due campi, corrispondente a 120°, è sovrapposta e si definisce zona binoculare.

3D. La porzione più laterale dell’occhio rimane

Gli oggetti in questa zona possono essere percepiti in

monoculare. Gli oggetti nelle zone monoculari destra e sinistra sono percepiti solo in 2D. 35

Dal punto cieco della retina escono i nervi ottici. Ciascun nervo ottico porta l’informazione o

dell’occhio destro o del sinistro. Tale informazione proviene o dalla parte temporale (laterale) o da

quella nasale (mediale) della retina. in cui c’è una decussazione delle fibre (passano

Esiste una zona detta chiasma ottico

controlateralmente) dell’emiretina nasale. Oltre il chiasma non si parla più di nervi ma di tratti ottici.

Ciascun nervo ottico contiene gli assoni provenienti da una retina; ciascun tratto ottico contiene gli

assoni che ricevono segnali dalla metà controlaterale del campo visivo.

l’informazione raggiunge per il 90% il talamo e in particolare il

Superato il chiasma ottico nucleo

Il restante 10% va all’ipotalamo,

genicolato laterale. al pretetto e al collicolo superiore. In particolare,

l’ipotalamo è importante per la regolazione dei ritmi circadiani, il pretetto per il controllo dei riflessi

pupillari e il collicolo superiore per orientare i movimenti del capo e degli occhi in modo tale da

orientare la fovea verso lo stimolo luminoso.

Il pulvinar (nucleo talamico) coordina gli occhi e i movimenti della mano; infine il nucleo genicolato

laterale del talamo è deputato al controllo di tutti gli aspetti della percezione visiva.

La parte destra di ciascun occhio porta le informazioni del campo sinistro. A monte del chiasma ottico

gangliari; decussano solo le fibre dell’emiretina nasale. Ciascun tratto

ci sono gli assoni delle fibre

ottico contiene le fibre della retina temporale omolaterale e nasale controlaterale e porta quindi

l’informazione di metà campo visivo.

Il corpo genicolato laterale elabora informazioni solo di metà campo visivo controlaterale.

L’informazione della parte destra del campo visivo viene elaborata dalla parte sinistra del

- cervello.

- I due occhi hanno una visione leggermente diversa della zona binoculare del campo visivo.

Elaborazione centrale

Dal nucleo genicolato laterale del talamo si dipartono neuroni secondari che arrivano alla corteccia

primaria. Dalla corteccia visiva primaria si dipartono la via ventrale, che termina nel lobo temporale

inferiore, e la via dorsale, che termina nel lobo parietale.

Nucleo genicolato laterale: è costituito da 6 strati: i primi 2 sono detti magnocellulari, dal terzo al

sesto parvocellulari.

Gli strati I e II sono quelli che ricevono meno informazioni, dal 7 al 9% dei segnali che dalla retina

arrivano al LGN. Ricevono segnali quasi esclusivamente dalle cellule ganglionari M dei primati e

quindi da coni e bastoncelli.

Rappresentano una via di conduzione alla corteccia visiva molto rapida e hanno attività fasica. Non

sono coinvolti nella trasmissione dei colori. Hanno un’alta dell’immagine (

risoluzione temporale

tempo minimo necessario per registrare un fenomeno che si sta osservando).

ricevono l’80% dei segnali che dalla retina arrivano al LGN. Ricevono segnali

Gli strati parvocellulari

quasi esclusivamente dalle cellule ganglionari P dei primati.

Hanno attività tonica. Trasmettono inoltre le informazioni sul colore e sullo spazio, in modo

un’alta

dettagliato e hanno risoluzione spaziale ( capacità di distinguere singoli elementi tra loro

ravvicinati spazialmente). 36

La parte destra di ciascun occhio raggiunge il LGN destro portando informazioni sulla parte sinistra

del campo visivo. Questo permette la conservazione delle caratteristiche topografiche dello stimolo.

A quali strati arrivano le informazioni contenute nei tratti ottici?

L’informazione controlaterale raggiunge gli strati 1, 4 e 6; quella omolaterale ( è la porzione che

non decussa) gli strati 2, 3 e 5.

Corteccia visiva

La corteccia visiva primaria si definisce V1 o area 17 di Brodmann. Si trova nella porzione più

occipitale. Un fascio di fibre va dal LGN alla corteccia tipo stria per cui si parla di corteccia striata.

Anche la corteccia visiva primaria presenta 6 strati di cellule: il suo spessore è di circa 2 mm.

Distinguiamo tra cellule piramidali e cellule non piramidali.

Le prime inviano proiezioni ad altre aree del cervello, le seconde sono interneuroni locali i cui assoni

rimangono confinati alla corteccia visiva primaria.

Le aree V2 e V3 sono aree accessorie importanti per processare informazioni più complesse

dell’immagine.

Organizzazione retinotopica della corteccia

I segnali nella corteccia visiva sono distribuiti in maniera retinotopica. La gran parte della corteccia

visiva è deputata a ricevere segnali dalla fovea. La fovea rappresenta infatti circa metà della superficie

corticale. La periferia è sottorappresentata.

Cortecce associative

Una volta che l’informazione raggiunge la corteccia può prendere due vie: la via dorsale, detta anche

via del dove, e la via ventrale, detta anche via del cosa. La prima è importante per la percezione

spaziale del movimento dell’oggetto, la seconda per la percezione dell’oggetto in relazione a colore,

forma, trama e dettagli.

Un deficit a livello della via ventrale determina agnosia visiva. I pazienti con agnosia visiva non

identificano correttamente gli oggetti (ad es. scambiano una matita con un cacciavite). Tuttavia,

conservano la capacità di utilizzare le informazioni visive per guidare i movimenti della mano sullo

stimolo.

Un deficit a livello della via dorsale determina invece atassia ottica. I pazienti con atassia ottica

riconoscono l’oggetto che devono afferrare ma falliscono nell’utilizzare le informazioni visive

quando devono compiere un movimento con la mano per raggiungere l’oggetto.

Sistema nervoso motorio

Il controllo motorio è lo studio della postura e del movimento.

Perché ci sia movimento è importante il confronto tra:

• Pianificazione centrale: la rappresentazione interna del movimento;

• Percezione sensoriale periferica: il movimento realmente effettuato. 37

Controllo del movimento “interna” del mondo esterno, trasformando

Il sistema sensoriale fornisce una rappresentazione

energia fisica in informazione neurale. “estrarre” l’informazione

Funzione principale di questa rappresentazione è quella di necessaria per

guidare i movimenti che costituiscono il nostro repertorio comportamentale. l’informazione

Questi movimenti sono controllati da gruppi di sistemi motori che, trasformando

neurale in energia fisica, ci permettono di:

• Mantenere l’equilibrio e la postura

• Muovere il nostro corpo, gli arti, gli occhi

• Comunicare attraverso il linguaggio e i gesti.

Possiamo suddividere i movimenti in tre classi:

• Movimenti volontari: hanno uno scopo, sono finalizzati a raggiungere un obiettivo; sono

appresi e migliorano con la pratica. Con la pratica finiscono con il richiedere poca

partecipazione cosciente.

• Movimenti riflessi: sono rapidi e stereotipati; sono involontari e rispondono a uno stimolo.

• Pattern ritmici motori: sono atti con caratteristiche volontarie e involontarie (ne è un es. la

locomozione).

Il sistema efferente somatico controlla i muscoli scheletrici.

Esiste un’organizzazione gerarchica dei sistemi motori in serie e in parallelo.

In serie, nella via afferente, abbiamo: midollo spinale-tronco encefalico-corteccia cerebrale; visto in

direzione efferente l’ordine è inverso.

In parallelo abbiamo cervelletto e gangli della base, proiettano e regolano le vie discendenti e sono

molto importanti nella coordinazione del movimento.

comune a tutti; qualunque sia il circuito a monte, l’ultimo neurone ha il

Il midollo spinale è sempre

corpo cellulare nelle corna ventrali del midollo.

Il midollo spinale (sistema motorio spinale) è importante per i movimenti riflessi e ritmici, il tronco

(sistema motorio troncoencefalico) per il controllo della postura, la corteccia motoria e premotoria

(sistema motorio corticale) per la pianificazione e la coordinazione.

I movimenti volontari richiedono una coordinazione tra corteccia cerebrale, cervelletto e gangli della

base. Le diverse aree svolgono funzioni diverse.

Si distinguono 3 tappe:

1. decidere e progettare il tipo di movimento

2. iniziare il movimento

3. eseguire il movimento.

La pianificazione del movimento avviene nelle aree di associazione corticali, nel cervelletto e nei

gangli della base.

La corteccia motoria è invece quella che dà l’inizio del movimento. L’esecuzione del movimento

avviene attraverso i motoneuroni che escono dal midollo spinale. Il cervelletto è coinvolto sia nella

programmazione che nell’esecuzione in quanto riceve informazioni sia dalla periferia che dalla

corteccia ed è quindi in grado di confrontare l’esecuzione del movimento con la sua pianificazione.

38

La decisione del movimento coinvolge aree motivazionali corticali e subcorticali. La corteccia manda

poi l’output al midollo spinale da cui si dipartono i motoneuroni.

Organizzazione gerarchica

1° livello: midollo spinale: è responsabile dei comportamenti automatici e stereotipati: riflessi

spinali.

2° livello: tronco dell’encefalo, formazione reticolare e cervelletto: è responsabile:

• dell’integrazione dei comandi motori discendenti dai livelli superiori

• dell’elaborazione dell’informazione proveniente dagli organi di senso e midollo spinale:

elaborazione dei segnali per stabilizzare la postura.

3° livello: corteccia motoria e nuclei della base: responsabili del movimento volontario e del controllo

dei centri motori del tronco e del midollo spinale.

4° livello: aree corticali pre-motorie: responsabili di:

• identificazione dei bersagli nello spazio

• scelta del decorso temporale dell’azione motoria

• programmazione del movimento

Midollo spinale

Il midollo spinale è dunque la sede dei circuiti nervosi responsabili delle risposte motorie automatiche

e stereotipate e, nell’organizzazione dei sistemi motori, ricopre il livello gerarchico più basso.

All’interno del midollo spinale troviamo:

• portano l’informazione

motoneuroni: motoria e hanno il corpo cellulare nelle corna ventrali

del midollo spinale.

• Neuroni propriospinali: connettono segmenti diversi del midollo. I loro assoni possono essere

lunghi o corti. In particolare, quelli mediali sono lunghi e sono diretti alla muscolatura assiale,

quelli laterali sono più corti e diretti agli arti.

• Interneuroni Inviano le informazioni ai centri superiori

• Neuroni proiettivi.

Vie mono e poli- sinaptiche

Nella via monosinaptica c’è un’unica sinapsi. La fibra afferente sinapta direttamente con il corpo

cellulare del motoneurone. Tale sinapsi sarà dunque sulle corna ventrali e dà luogo ad un circuito

riflesso rapido.

Nella via multisinaptica le sinapsi avvengono a livello delle corna dorsali del midollo dove arrivano

tutte le informazioni sensoriali: il segnale neuronale raggiunge il motoneurone dopo una lunga catena

di sinapsi interneuronali. Dà luogo ad atti motori complessi come ad es. la locomozione.

Movimenti riflessi (omeostatici (cioè che permettono il controllo dei parametri)): possono essere

distinti in 3 classi:

• Muscolari: controllano lunghezza e tono muscolare

• sono difensivi e determinano più che altro la retrazione dell’arto

Cutanei: 39

• Viscerali: riguardano gli organi interni

I riflessi spinali e posturali non richiedono integrazione nella corteccia: i segnali d’uscita (output)

fanno iniziare il movimento senza il contributo dai centri superiori.

Classi di riflessi:

• Spinali, se le sinapsi sono a livello del midollo; es. riflesso da stiramento

• Craniali, se le sinapsi sono a livello del cranio; es. riflesso pupillare

• Innati, es. riflesso da stiramento

• Condizionati, sono il risultato di un apprendimento; es. riflesso salivare di Pavlov: se suono il

campanello il cane inizia a salivare senza aver visto il cibo.

Arcoriflesso: risposta automatica ad uno stimolo sensoriale; può essere mono o pluri- sinaptico.

Movimenti riflessi

1 Riflesso miotatico (o da stiramento): è monosinaptico e ha come funzione il controllo della

lunghezza muscolare. Lo stimolo è rappresentato dallo stiramento muscolare, il riflesso dalla

contrazione muscolare. fuso neuromuscolare. L’aggiunta di un carico stira un muscolo e i

Il riflesso miotatico coinvolge il

suoi fusi, evocando una contrazione riflessa che ripristina la posizione iniziale del muscolo

(meccanismo di controllo a feedback).

I fusi neuromuscolari sono costituiti da fibre intrafusali non striate nella porzione centrale ma solo

nelle porzioni terminali e circondate da una guaina connettivale. La funzione di queste fibre non è

quella di contrarsi, come nelle altre ma di monitorare la lunghezza del muscolo. La porzione centrale

di queste fibre è infatti circondata a spirale dalle terminazioni sensoriali delle fibre afferenti. La

porzione terminale delle fibre intrafusali è innervata da assoni efferenti che arrivano dal midollo e

prendono il nome di motoneuroni γ. Questi ultimi sono così chiamati per distinguerli dai motoneuroni

α, ovvero quelli che innervano le fibre contrattili muscolari.

Il riflesso miotatico è un modello di eccitazione autogenica, vale a dire si contrae lo stesso muscolo

che viene eccitato. La zona centrale delle fibre intrafusali è innervata dalle fibre 1A sui cui terminali

ci sono canali sensibili allo stiramento. La fibra 1A va a sinaptare con il corpo cellulare del

motoneurone dello stesso muscolo. Le fibre 1A scaricano sempre tuttavia la loro frequenza aumenta

quando il muscolo è stirato eccitazione autogenica.

viene inattivato il muscolo antagonista. L’inibizione dell’antagonista avviene

Inibizione reciproca:

riflesso disinaptico; l’interneurone inibitorio 1A inibisce l’output che va al muscolo

attraverso un

antagonista.

L’aggiunta di un carico causa un allungamento transiente del muscolo. Le fibre 1A scaricano in modo

tonico a riposo. La loro frequenza aumenta durante lo stimolo fino a che non si rinstaurano le

condizioni di partenza. 40

motoneuroni γ sono importanti per monitorare in modo costante

Coattivazione alfa-gamma: i la

lunghezza del muscolo, al fine di salvaguardarlo. Essi innervano la parte terminale striata delle fibre

intrafusali. Il motoneurone α innerva invece la muscolatura causandone la contrazione.

La coattivazione α-γ mantiene i fusi stirati quando il muscolo si contrae:

1. il motoneurone α scarica e contemporaneamente scarica anche il motoneurone γ.

2. il muscolo si contrae.

3. lo stiramento della parte centrale delle fibre intrafusali non cambia. La frequenza di scarica della

fibra afferente non diminuisce.

Senza i motoneuroni γ, la contrazione muscolare farebbe diminuire l’attività dei fusi:

α scarica.

1. il motoneurone

2. il muscolo si contrae.

3. la parte centrale del fuso è meno stirata.

4. la frequenza di scarica della fibra afferente diminuisce.

Se avviene la perturbazione i fusi neuromuscolari agiscono da recettori. Il riflesso patellare è un

classico riflesso da stiramento monosinaptico, con inibizione reciproca dei muscoli antagonisti.

• Stimolo: la percussione del tendine con un martelletto allunga il muscolo.

• Recettore: il fuso neuromuscolare è stirato e si attiva.

• Via afferente: i potenziali d’azione si propagano attraverso il neurone sensoriale.

• Centro d’integrazione: il neurone sensoriale fa sinapsi nel midollo spinale.

•  

Via efferente 1: motoneurone somatico effettore 1: muscolo quadricipite risposta: il

quadricipite si contrae ed estende la gamba.

• 

Via efferente 2: interneurone inibitorio del motoneurone somatico effettore 2: muscoli

 risposta: i muscoli flessori restano rilasciati, permettendo l’estensione della

flessori

gamba (inibizione reciproca).

Il riflesso miotatico diretto agisce come un sistema a feedback negativo, allo scopo di regolare la

lunghezza muscolare. Un allungamento delle fibre muscolari viene rilevato dal fuso neuromuscolare

il quale invia un segnale al centro che lo compara con il piano. Questo viene allora conseguentemente

contrastato dall’attivazione dei motoneuroni α che provocano la contrazione del muscolo. La

del fuso neuromuscolare è determinata dall’attività dei motoneuroni γ.

sensibilità

2 riflesso miotatico inverso: è un riflesso disinaptico quindi implica un interneurone tra la fibra

afferente e quella efferente. La sua funzione è il controllo della tensione muscolare.

Si hanno informazioni continue sulla contrazione muscolare che viene così mantenuta in un range

ottimale.

Il sensore del circuito a feedback è l’organo tendineo del Golgi, localizzato a livello del tendine, in

serie tra il muscolo e l’osso, e costituito da fibre di collagene. La contrazione muscolare stimola

l’organo tendineo del Golgi. Se un muscolo è sottoposto a un carico eccessivo, il riflesso dell’organo

tendineo del Golgi provoca il rilasciamento del muscolo e la conseguente caduta del carico

proteggendo così il muscolo stesso dal sovraccarico. 41

L’organo tendineo del Golgi è costituito da una capsula all’interno della quale ci sono i terminali di

un’altra fibra sensoriale, ricca di canali stretch attivati, che prende il nome di fibra 1B.

Se facciamo un grafico in cui mettiamo la frequenza di scarica delle fibre 1B in funzione della forza

otteniamo delle rette: la frequenza di scarica di queste fibre è direttamente proporzionale alla forza

del muscolo maggiore è la forza sviluppata, maggiore è la frequenza di scarica.

Come avviene il riflesso miotattico inverso?

Quando il muscolo si contrae l’organo tendineo del Golgi viene stirato a livello del tendine. Quando

l’informazione raggiunge il

ciò avviene le fibre 1B sono eccitate per via dei canali stretch attivati, e

midollo dove la fibra 1B sinapta con un interneurone inibitorio a livello delle corna dorsali.

L’interneurone inibitorio sinapta col motoneurone dello stesso muscolo causando il rilassamento del

muscolo. Si parla di inibizione autogenica; anche in questo caso si tratta di un circuito a feedback

negativo. Viene invece eccitato il muscolo antagonista.

è un riflesso polisinaptico perché coinvolge più interneuroni all’interno del

Riflesso di retroazione:

midollo spinale. Ci permette di riuscire a retrarre un arto in presenza di uno stimolo nocivo (es.

oggetto particolarmente caldo (fiamma)).

Si ha che la fibra sensoriale arriva al midollo per generare poi un’eccitazione dei muscoli flessori e

un’inibizione degli estensori che permette di ritrarre l’arto stimolato.

Il riflesso polisinaptico è anche il principio alla base della locomozione. Se fletto un arto devo

estendere l’altro. Le informazioni devono quindi raggiungere anche il muscolo controlaterale.

L’informazione viaggia infatti lungo un circuito polisinaptico per l’arto stimolato ma decussa anche

sull’altro. Il segnale diverge a livello del midollo spinale su diversi motoneuroni cosa che ci permette

di fare movimenti ritmici come appunto la locomozione.

Movimento volontario

Si ha tutte le volte che una rappresentazione psichica del movimento viene tradotta in una attività

neuronale.

Alla base del movimento volontario ci sono delle leggi:

legge dell’equivalenza motoria

I legge motoria: il risultato del movimento è indipendente dal

meccanismo messo in atto per ottenerlo; viene scelto il meccanismo che consente la performance

migliore.

Il piano motorio corrisponde alla sequenza di operazioni da mettere in atto. Il risultato dipende dal

piano motorio.

II legge: il tempo di reazione dipende da quante informazioni devono essere processate allo scopo.

Più il movimento è complesso, maggiore è il numero di passaggi sinaptici necessari a elaborare il

piano motorio adeguato e maggiore è il tempo di reazione.

la velocità del movimento è inversamente proporzionale all’accuratezza del movimento.

III legge:

All’aumentare della velocità (cm/s) aumenta la deviazione (standard) dal punto finale del movimento.

l’accuratezza del movimento aumenta con l’apprendimento. Più il movimento viene

IV legge:

ripetuto, maggiore sarà l’accuratezza. 42

Controllo del movimento

Avviene tramite meccanismi a feedback e a feedforward. Si ha la comparazione tra il movimento che

del segnale d’errore al fine di migliorare

sto eseguendo e il comando con conseguente correzione

l’efficienza (feedback). quest’ultimo è un meccanismo di controllo anticipatorio

Per quanto riguarda i circuiti a feedforward,

che si basa sull’apprendimento. Ad es. riesco a prendere una pallina che sta cadendo dall’alto grazie

a un piano che deriva dalla memoria, dall’apprendimento. È un meccanismo che si basa quindi su

un’esperienza. Vedo la pallina che cade, l’informazione viene mandata al sistema di controllo centrale

quel movimento, c’è una memoria che mi permette di

e, se non è la prima volta che faccio

posizionarmi in modo corretto.

Vie efferenti

La corteccia cerebrale

Nei sistemi di controllo motorio la corteccia cerebrale rappresenta il grado gerarchicamente più

elevato. Nella corteccia cerebrale dei mammiferi esiste una zona la cui stimolazione elettrica produce

movimenti nel lato opposto del corpo.

Distinguiamo tra corteccia motoria e corteccia premotoria. Queste due aree svolgono funzioni

leggermente diverse. La corteccia motoria (o area 4 di Brodman) è preposta alla conversione dei

progetti motori in movimenti veri e propri. La corteccia premotoria (o area 6 di Brodman) è implicata

nel controllo delle attività motorie; in essa hanno origine i progetti di movimento.

Le vie discendenti motorie sono distinte nel sistema piramidale ed extrapiramidale. Il sistema

piramidale comprende le vie discendenti dalla corteccia al midollo. Con la dicitura extrapiramidale

s’intendono invece altre vie che riguardano tronco, cervelletto e gangli della base.

Nel sistema piramidale distinguiamo un sistema laterale e un sistema ventrale. Si tratta di vie

corticospinali. La maggior parte delle fibre efferenti corticospinali sono contenute nel sistema

discendente laterale. Quest’ultimo parte o dall’area 4 di Brodman o dall’area 6. Si ha un fascio di

fibre che va a decussare a livello del bulbo (decussazione delle piramidi). Il tratto cortico-spinale

laterale finisce nella porzione più laterale delle corna ventrali del midollo spinale. Da qui parte il

motoneurone.

Quando l’uscita è laterale essa interessa i muscoli più distali, se invece è più ventrale riguarda i

muscoli assiali per la postura.

Il sistema ventrale rappresenta un fascio di fibre che raggiunge la porzione più dorsale del midollo e

poi passa controlateralmente.

Le vie piramidali sono proiezioni di assoni che dalla corteccia cerebrale arrivano poi a eccitare i

motoneuroni.

Si chiamano così perché si riuniscono sulla superficie inferiore del ponte e lì incrociano (le fibre

provenienti dalla corteccia sinistra vanno al midollo spinale di destra e viceversa) formando fasci di

apparenza appunto piramidale.

In generale il ruolo delle vie piramidali è quello di dare un esito motorio all’esercizio di attività

cerebrale volontaria. 43

nell’avvio di un’attività motoria semplice

Sono quindi importanti soprattutto (camminare, correre) e

nell’attuazione di attività motorie complesse.

Nel sistema piramidale discendente motorio riconosciamo un primo tratto che corrisponde al fascio

decussa): comprende l’80% delle fibre le quali decussano

cortico spinale laterale crociato (perché

nel bulbo e fanno sinapsi nelle corna anteriori (= ventrali) del midollo. Il restante 20% delle fibre

arrivano direttamente al midollo e lì decussano.

Al primo tratto si aggiungono il tratto cortico-bulbare, in cui le fibre decussano a livello pontino e

vanno alla muscolatura della testa, e il tratto cortico-ponte-cerebellare in cui le fibre vanno al

cervelletto dopo aver decussato.

Quindi:

la corteccia motoria primaria governa l’esecuzione dei movimenti, autonomamente se si tratta di

movimenti semplici, sotto il controllo (la guida) di altre strutture corticali nel caso di movimenti

complessi.

Corteccia premotoria e corteccia motoria supplementare appaiono più che altro implicate nella

pianificazione di movimenti complessi.

È importante che tra i due sistemi, piramidale ed extrapiramidale, ci sia un equilibrio.

Il tronco dell’encefalo

È la sede dei circuiti neuronali deputati al controllo dei movimenti oculari, dell’equilibrio e di altri

movimenti relativamente semplici.

La funzione principale è quella relativa alla postura e all’equilibrio.

Le vie extrapiramidali sono proiezioni di assoni che da strutture encefaliche non corticali (nucleo

rosso-nucleo vestibolare-sostanza reticolare) arrivano ad eccitare i motoneuroni. Esse non incrociano

a livello pontino ma possono variamente incrociare o inviare collaterali nel loro decorso.

In generale il ruolo delle vie extrapiramidali è quello:

• Di coordinare attività automatiche e ripetitive come la deambulazione, il salto, il nuoto, dopo

che sono state avviate da impulsi corticali (attraverso le vie piramidali);

• Di provvedere al mantenimento del corretto tono muscolare;

• dell’animale.

Di regolare e mantenere la postura

I nuclei tronco-encefalici (nucleo rosso, formazione reticolare e nucleo vestibolare) sono strettamente

interconnessi e ricevono informazioni (cioè sono sotto il loro controllo) da corteccia, cervelletto e

gangli della base, inoltre sono importanti nuclei di relay.

Le vie discendenti che partono dal tronco si distinguono in una via laterale e tre mediali.

La via laterale corrisponde alla via rubro-spinale, una via crociata che decussa subito. Essa origina

dal nucleo rosso e raggiunge la porzione più laterale delle corna anteriori. È deputata al controllo

della muscolatura distale degli arti inferiori ed è la principale via deputata all’andatura.

Le vie mediali prendono nomi diversi a seconda del nucleo di origine del tronco. Esse sono: via tetto-

spinale, vestibolo-spinale e reticolo-spinale. Queste vie finiscono sulla porzione più mediale delle

corna ventrali del midollo spinale e sono deputate al controllo della muscolatura assiale. In

44

(postura), il reticolo-

particolare, il tratto vestibolo-spinale è deputato al mantenimento dell’equilibrio

spinale alla regolazione del tono muscolare e dei movimenti anticipatori e il tetto-spinale ai

movimenti di testa e occhi nonché della muscolatura inferiore.

Cervelletto

Il cervelletto presiede alla regolazione della coordinazione motoria e alla regolazione delle attività

motorie veloci come la corsa o la scrittura a macchina. Deficit nel cervelletto portano a problemi seri

dovuti alla mancanza di coordinazione motoria.

Il cervelletto è posizionato rostralmente al bulbo. Esso riceve e dà informazioni al tronco e al midollo.

da questi ultimi l’informazione sensoriale periferica riguardante l’esecuzione del

Riceve quindi

movimento ma riceve anche informazioni sul piano del movimento dalla corteccia. Proprio per questo

il cervelletto viene definito come il reale comparatore tra il movimento eseguito e il piano. Il

cervelletto compara le informazioni per poi generare un output. Non ha azione motoria diretta cosa

che invece ha la corteccia.

Al suo interno troviamo nuclei molto importanti chiamati nuclei profondi. Gran parte delle fibre

afferenti ed efferenti hanno come stazione di relè i nuclei profondi del cervelletto.

I nuclei profondi ricevono l’input dalla corteccia e generano un output. Andando dal più mediale al

più laterale troviamo: nucleo del fastigio, nucleo globoso + nucleo emboliforme e poi il nucleo

dentato.

Sia anatomicamente che funzionalmente si distinguono porzioni più antiche che esistono in tutti i

vertebrati quali l’archicerebello e il paleocerebello ed altre che si sono invece sviluppate solo nei

vertebrati superiori ovvero il neocerebello. Il paleocerebello o spinocerebello riceve e dà input e

alla corteccia, l’archicerebello

output al midollo spinale, il neocerebello o cerebrocerebello o

vestibolocerebello al vestibolo.

Il cervelletto è diviso orizzontalmente in tre lobi: anteriore, posteriore (rispetto alla scissura primaria)

e lobulo flocculonodulare. Verticalmente distinguiamo invece tra regioni: il verme ei due emisferi,

intermedio e laterale.

Lo spinocervelletto è costituito dal verme e dalla parte intermedia degli emisferi. La parte laterale

rappresenta invece il cerebrocervelletto, il lobulo flocculonodulare il vestibolocervelletto.

I nuclei profondi dello spinocervelletto sono quelli del fastigio e il globoso. Più precisamente abbiamo

il nucleo del fastigio a livello del verme e quello globoso a livello degli emisferi intermedi.

Le porzioni laterali del cervelletto, e quindi il cerebrocervelletto, ricevono gli input corticali. Il

cerebrocervelletto genera allora il suo output a partire dal nucleo dentato e lo rimanda alla corteccia

motoria e premotoria. L’output del vestibolocervelletto va invece ai nuclei vestibolari del tronco.

Per quanto riguarda lo spinocervelletto il verme proietta ai sistemi mediali discendenti mentre il

nucleo interposto (globoso + emboliforme) della parte intermedia degli emisferi genera un output che

viene inviato ai sistemi laterali discendenti per il controllo della muscolatura degli arti.

Corteccia cerebellare

È costituita da 3 strati che nell’insieme prendono il nome di sostanza grigia. Andando dall’esterno

all’interno abbiamo: strato molecolare, strato delle cellule del Purkinje e strato granulare. 45

All’interno della corteccia cerebellare troviamo vari tipi di cellule ma più che altro interneuroni ad

attività inibitoria. Questi ultimi corrispondono alle cellule basket e alle cellule stellate dello strato

molecolare e alle cellule del Golgi dello strato granulare.

Esiste un solo tipo cellulare ad attività eccitatoria ed è rappresentato dalle cellule dei granuli le quali

sono localizzate nello strato granulare. L’assone di queste cellule si dirige verso lo strato molecolare

e si dirama a T.

Lo strato del Purkinje contiene solo il soma delle cellule. I dendriti ricadono invece nello strato

contatto con l’assone delle cellule granulari. In seguito a ciò gli assoni

molecolare dove prendono

delle cellule del Purkinje rilasciano GABA e generano segnali di output. L’output sui nuclei profondi

del cervelletto è sempre inibitorio.

Gli input eccitatori sono di due tipi: input diretto delle fibre rampicanti che vanno direttamente

all’albero dendritico delle cellule del Purkinje e input dato dalle fibre muscoidi sulle cellule del

Purkinje tramite le cellule dei granuli.

Fibre rampicanti: originano dai neuroni olivo-cerebellari del bulbo di cui rappresentano le fibre

terminali. Salgono attraverso lo strato granulare e finiscono nello strato molecolare dove si

arrampicano direttamente sull’albero dendritico delle cellule del Purkinje. La cellula del Purkinje può

ricevere l’input da una sola fibra rampicante tuttavia ciascuna può formare numerosi contatti sinaptici

con l’albero dendritico della cellula del Purkinje.

Le fibre rampicanti liberano glutammato.

l’input arriva dai neuroni del ponte e del midollo spinale. Si ramificano e terminano

Fibre muscoidi:

nello strato granulare, inoltre formano sinapsi con i dendriti delle cellule dei granuli e gli assoni dei

neuroni del Golgi.

L’assone delle cellule del Golgi, insieme alle fibre muscoidi e ai dendriti delle cellule dei granuli

costituiscono una struttura chiamata glomerulo. Il glomerulo cerebellare è infatti un complesso di

sinapsi tra la terminazione di una fibra muscoide al centro e dendriti di cellule granulari e assoni di

neuroni del Golgi.

L’output delle fibre del Purkinje è di tipo inibitorio. È possibile studiare i tipi di scarica delle fibre i

quali si definiscono spike e possono essere semplici o complessi.

Negli spikes semplici molte fibre parallele (circa 200 000) prendono contatto con una singola cellula

del Purkinje (convergenza). Sono richiesti molti input (sommazione) per generare un potenziale

d’azione.

Negli spikes complessi un’unica fibra rampicante contatta ciascuna cellula del Purkinje formando

sinapsi. Ciascun singolo input genera una rapida scarica di potenziali d’azione di latenza e

molte

durata brevi.

Circuiti cerebellari

Ne esistono di due tipi: la via diretta e il circuito laterale indiretto.

l’input afferente proietta direttamente ai sistemi motori attraverso i

Via diretta: nuclei profondi senza

passare per la corteccia. l’input viene rimaneggiato dalla corteccia cerebellare. L’input delle

Circuito laterale indiretto: fibre

muscoidi arriva alle cellule granulari; da queste mediante le fibre parallele arriva alle c. del Purkinje

46

e da queste ritorna ai nuclei profondi del cervelletto. Questo circuito è usato per correggere le risposte

riflesse.

In caso di input di rilevamento dell’errore le fibre rampicanti mandano un input alle cellule del

Purkinje. Questo circuito è usato per l’apprendimento.

Nella corteccia cerebellare i circuiti sono di tipo inibitorio. L’input proveniente dall’oliva o dal ponte

o dal midollo può andare direttamente sui nuclei profondi oppure ascendere e quindi essere inibito

dai circuiti corticali cerebellari.

I circuiti cerebellari intervengono prima, durante e alla fine di ogni movimento in modo da regolarne

durata, ampiezza e gradualità.

Controllo dei movimenti volontari:

Inputs al cervelletto:

Dall’apparato propriocettivo muscolare una completa informazione sulla posizione che le

- diverse parti del corpo assumono istante per istante;

Dalla corteccia cerebellare una completa informazione sugli “ordini” motori elaborati dalla

- corteccia cerebrale.

Azioni del cervelletto:

- Confronto tra quadro delle afferenze propriocettive e delle efferenze motorie;

Rilevazione degli “errori” negli ordini;

-

- Correzione in tempo reale con segnali inviati alla corteccia tramite la via ascendente cerebello-

talamo-corticale e al midollo spinale tramite le vie discendenti.

Cervelletto: sede di apprendimento del movimento

I segnali convogliati dalle fibre rampicanti modificherebbero, in periodi di tempo lunghi, le risposte

dei neuroni di Purkinje rispetto ai segnali che arrivano attraverso le fibre muscoidi.

i circuiti cerebellari vengono modificati con l’esperienza

Dati sperimentali dimostrano che e che

queste modifiche sono importanti nell’apprendimento motorio.

Deficit cerebellari

L’atassia cerebellare (perdita di coordinazione, anormalità dei movimenti) si manifesta in:

Un ritardo nell’inizio del movimento lentezza nel movimento perché l’attività del

1. e maggiore

muscolo agonista è meno fasica.

2. Dismetria: il movimento supera o non raggiunge il bersaglio, errori di ampiezza, forza e

velocità del movimento, movimenti sproporzionati rispetto allo scopo, difficoltà nell’eseguire

piccoli movimenti.

si verifica dopo un movimento o quando c’è una perturbazione nel momento in cui

3. Tremore:

si sta tentando di tenere un arto in una posizione particolare. Il tremore non si manifesta a

riposo.

4. Ipotonia: minor resistenza al movimento passivo (flaccidità). 47

Gangli della base

Fanno parte del sistema motorio extrapiramidale e sono un’importante connessione tra la corteccia

associativa e la corteccia motoria. I nuclei principali sono:

a) nucleo caudato Fanno parte del neostriato o corpo striato; questi due nuclei rappresentano

le regioni di input dell’informazione.

b) putamen

c) globus pallidus, in cui distinguiamo un segmento interno e uno esterno;

d) substantia nigra, divisa in parte reticolata e parte compatta;

e) nucleo subtalamico. l’output

Il segmento interno del globo pallido e la parte reticolata della sostanza nigra rappresentano

inibitorio, il quale arriva alla corteccia.

I gangli della base insieme al cervelletto sono coinvolti nel controllo del movimento. In particolare,

le loro funzioni sono:

- Inibizione dei movimenti involontari

- Facilitazione dei movimenti finalizzati

- Esecuzione automatica di movimenti appresi

Sono quindi importanti per la pianificazione, la preparazione e l’apprendimento.

l’input arriva al caudato o al putamen dalla corteccia cerebrale; si tratta di afferenze

Si ha che l’input si generano connessioni internucleari

eccitatorie quindi con rilascio di glutammato. Arrivato

in cui si ha la rielaborazione del segnale prima di dare l’output. Si tratta di connessioni inibitorie

(GABA) tranne per il nucleo subtalamico che rilascia glutammato.

La sostanza nera è costituita da due parti:

- Parte reticolata: appartiene ai nuclei efferenti e proietta al talamo e al tronco encefalico;

- Parte compatta: appartiene ai nuclei intrinseci, contiene neuroni dopaminergici i cui assoni

formano il fascio nigrostriatale. Se è lesa si ha il Parkinson.

Dalla parte reticolata parte l’output inibitorio gabaergico il quale arriva alla corteccia tramite il

talamo.

Circuito motorio: corteccia-putamen-corteccia

Nei circuiti distinguiamo tra via diretta e indiretta. Se viene privilegiata la via diretta si ha la

promozione del movimento viceversa si ha l’inibizione del movimento.

Via diretta: non coinvolge il nucleo subtalamico. La corteccia stimola lo striato che è connesso con

la sostanza nigra e il globo pallido che danno un output inibitorio sul talamo. Il risultato delle due

inibizioni è l’eccitazione della connessione tra talamo e corteccia con conseguente facilitazione dei

movimenti.

Via indiretta: la corteccia stimola lo striato che inibisce il segmento esterno del globo pallido.

Quest’ultimo è connesso e inibisce il nucleo subtalamico il quale è l’unico eccitatorio sulle vie di

uscita inibitorie. Inibendo quello che inibisce l’eccitatorio stimolo l’output inibitorio sul talamo con

conseguente inibizione dei movimenti.

Via dopaminergica: coinvolge la parte compatta della sostanza nigra (SNpc) la quale è connessa allo

striato. Può eccitare o inibire a seconda dei recettori, D1 eccitatori o D2 inibitori, sullo striato per la

48

dopamina. La via dopaminergica eccita la via diretta e inibisce quella indiretta con conseguente

facilitazione del movimento.

Alterazioni nei circuiti dei gangli della base portano a movimenti involontari e alterazioni del

movimento. Più precisamente possiamo distinguere tra disturbi ipercinetici e disturbi ipocinetici.

Nella prima categoria rientra la corea o malattia di Huntington in cui si ha un aumento anomalo degli

impulsi eccitatori verso la corteccia a causa di una lesione della via indiretta per cui non ho più

l’inibizione dei movimenti involontari.

Nella seconda categoria rientra invece il morbo di Parkinson in cui si ha una riduzione anomala degli

impulsi eccitatori verso la corteccia a causa di una lesione (degenerazione) della via nigrostriatale. Si

ha la mancanza di dopamina.

Sistema nervoso autonomo

Organizzazione anatomo-funzionale

Il sistema nervoso autonomo si divide in simpatico, parasimpatico ed enterico. Simpatico e

parasimpatico sono importanti per il controllo di muscolo liscio (es. muscolatura dei vasi), muscolo

scheletrico cardiaco, e quindi dei movimenti involontari, e delle ghiandole.

Il sistema enterico è formato da neuroni organizzati in una rete che innerva il tubo digerente, il

pancreas e la cistifellea. Controlla i movimenti peristaltici e la secrezione di enzimi collegati alla

digestione.

Spesso gli organi sono innervati sia dalla branca simpatica che da quella parasimpatica. Esse hanno

obiettivi comuni ma effetti differenti, spesso opposti, e sono distinte dal punto di vista anatomico.

Le funzioni svolte dal SNA sono finalizzate a mantenere costanti le condizioni chimico-fisiche

dell’ambiente interno.

In particolare, tra le funzioni abbiamo:

Mantenere costante l’ambiente interno;

-

- Controllo tonico, continuo delle variabili interne;

Controllo antagonista nel 90% dei casi: se c’è la stimolazione di una branca l’altra dovrà

- essere inibita. Fanno eccezione le ghiandole sudoripare e la muscolatura liscia dei vasi in ci

c’è solo la branca simpatica.

- Segnalazione chimica con effetti diversi su tessuti diversi.

L’ambiente interno è costituito da un ambiente intra- ed è separato dall’ambiente

ed extra-cellulare

esterno dall’apparato tegumentario. L’ambiente interno non è isolato ma è in comunicazione con

l’esterno grazie ai sistemi urinario, riproduttore e respiratorio. Inoltre, tutto l’ambiente

digestivo,

interno è connesso grazie al sistema circolatorio.

Al variare dell’ambiente esterno i parametri interni vengono mantenuti costanti, entro certi limiti.

L’omeostasi è manutenuta grazie all’equilibrio tra attività simpatica e parasimpatica. La branca

simpatica viene anche detta fight or flight ovvero attacco o fuga (reazioni immediate), quella

parasimpatica rest & digest, riposo e digestione. 49

Comparazione/differenze tra SNA e SN SOMATICO

La via motoria somatica è caratterizzata da sistemi in serie e in parallelo. Il motoneurone rilascia

per cui parte il potenziale d’azione e di conseguenza la contrazione del muscolo.

acetil-colina non c’è più un solo neurone efferente

Nelle vie autonomiche ma sono due le fibre che portano le

informazioni dal SNC. C’è sempre un ganglio tra le due fibre.

La fibra pregangliare esce dal midollo mentre la postgangliare esce dal ganglio e agisce sui muscoli

cardiaco e liscio, alcune ghiandole endocrine ed esocrine e un tipo di tessuto adiposo.

Per quanto riguarda le differenze tra simpatico e parasimpatico, nella branca simpatica è il neurone

pregangliare ad essere corto mentre in quella parasimpatica la fibra corta è quella postgangliare.

Esiste anche una via in cui la parte interna del surrene, ovvero la midollare, funge da ganglio anomalo

in quanto dal surrene non parte la fibra postgangliare; dalla midollare il NT viene rilasciato nel

sangue.

Adrenalina e noradrenalina (sono due ormoni) vengono quindi secreti dalla midollare del surrene e

raggiungono gli organi effettori tramite il sangue. (La corticale del surrene svolge tutt’altre funzioni).

Sistema motorio somatico: il motoneurone che innerva il muscolo esce dalle corna ventrali midollari

per poi arrivare al muscolo scheletrico.

Sistema motorio autonomo: la fibra pregangliare esce dal midollo spinale e a seconda della branca a

cui appartiene avrà destini diversi.

Il neurone pregangliare raggiunge il corrispettivo ganglio da cui poi parte quello postgangliare.

Il sistema simpatico è anche detto toracolombare poiché l’uscita delle fibre pregangliari è toracica e

lombare. La prima stazione gangliare si trova nella catena paravertebrale.

Tra i gangli del simpatico abbiamo il ganglio celiaco, mesenterico (superiore e inferiore) e cervicale

(superiore, medio e inferiore). 

Nel parasimpatico i gangli sono nella zona craniosacrale: 4 li ritroviamo nella zona craniale ciliare,

pterigopalatino, sottomandibolare e otico; nella regione sacrale invece non vediamo i gangli poiché

essi sono nell’organo effettore.

Eccezione al coordinamento: solo innervazione simpatica per ghiandole sudoripare, muscolatura

liscia dei vasi sanguigni, muscoli piloerettori e cellule epatiche, adipose e renali.

A livello dell’occhio il SNA esercita un controllo sui muscoli intrinseci che regolano il diametro

pupillare e la convessità del cristallino.

In particolare, per quanto riguarda la pupilla il sistema simpatico agisce sul muscolo dilatatore

dell’iride determinando un aumento del diametro della pupilla (midriasi); il sistema parasimpatico

invece agisce sul muscolo sfintere dell’iride determinando una riduzione del diametro della pupilla

(miosi costrizione pupillare). È quindi responsabile del riflesso pupillare alla luce.

Per quanto riguarda il cristallino il parasimpatico agisce sul muscolo ciliare determinando un aumento

della convessità del cristallino che dà luogo al meccanismo definito accomodazione. La costrizione

parasimpatica permette la visione da vicino, il rilassamento simpatico la visione a lunga distanza.

A livello del cuore il SNA esercita un controllo sulla frequenza e sulla contrattilità cardiaca. In

particolare, il simpatico aumenta frequenza e contrattilità con conseguente aumento della gittata

cardiaca, il parasimpatico diminuisce frequenza e contrattilità con conseguente riduzione della gittata

cardiaca. 50

A livello dell’apparato digerente esercita un controllo su funzioni motorie e secretorie. In particolare,

il parasimpatico aumenta secrezione e attività contrattile delle pareti del tubo digerente inoltre riduce

l’attività contrattile degli sfinteri; il simpatico al contrario diminuisce secrezioni e motilità inoltre

aumenta l’attività contrattile degli sfinteri.

Le fibre pregangliari parasimpatiche viaggiano nel settimo, nono e decimo nervo cranico.

Quest’ultimo è quello che innerva più organi in assoluto e prende il nome di nervo vago.

Il sistema simpatico è l’unico che innerva le ghiandole sudoripare ed è importante quindi per la

dispersione del calore (sudorazione). È inoltre importante in generale nelle risposte in situazioni di

emergenza, cataboliche e quindi nelle seguenti situazioni:

• Stimolazione ipotalamica

• Aumento della pressione sanguigna (ridistribuzione del flusso ematico)

• Aumento della frequenza respiratoria

• Visione a lunga distanza

• Glicogenolisi e lipolisi

La fibra pregangliare simpatica esce dal midollo spinale e staziona a livello dei gangli della catena

vertebrale o a livello del surrene.

Nel simpatico c’è una grossa divergenza del segnale ( attivazione generalizzata e contemporanea

di molti organi), lo stesso neurone quindi diverge. Nel parasimpatico invece il rapporto è 1:3 o

addirittura 1:1 quindi non c’è nessuna divergenza della fibra pregangliare. attivazione indipendente

degli organi effettori, azioni localizzate e specifiche.

Neurotrasmettitori

A livello del ganglio il NT rilasciato è sempre (cioè sia nelle vie simpatiche che parasimpatiche)

l’acetil-colina. L’acetil-colina può interagire con due tipi di recettori, quello nicotinico (ionotropico)

e quello muscarinico (metabotropico). A livello del ganglio il recettore coinvolto è sempre quello

nicotinico.

A livello del tessuto bersaglio le vie simpatiche utilizzano noradrenalina, la quale interagisce con il

recettore adrenergico (α o β), le vie parasimpatiche invece utilizzano Ach che si lega a recettori

nicotinici e muscarinici.

Nel sistema nervoso somatico il terminale sinaptico perde la mielina, si dirama e va ad innervare le

placche motrici. a livello dell’organo bersaglio, l’assone del neurone postgangliare si

Nel sistema nervoso autonomo,

dirama e va a formare dei rigonfiamenti, detti varicosità, i quali rilasciano il neurotrasmettitore.

Il neurotrasmettitore Ach interagisce con i recettori metabotropici muscarinici (M1 M5). La

stimolazione di M2 ha effetti inibitori sul muscolo cardiaco.

Si ha che i dispari, M1, M3 ed M5, sono accoppiati all’attività della fosfolipasi C, i pari, M2 ed M4,

a quella dell’adenilato ciclasi. Questi sono infatti i due pathway maggiormente coinvolti.

Nel sistema simpatico abbiamo il rilascio di noradrenalina la quale agisce su recettori α o β

adrenergici. In particolare, abbiamo che:

α1 ha un’azione eccitatoria sulla muscolatura liscia 51

α2 ha azione inibitoria sul rilascio di neurotrasmettitori

β1 azione eccitatoria sulla muscolatura cardiaca

β2 azione inibitoria sulla muscolatura liscia di vasi bronchi e intestino

β3 aumenta l’attività delle lipasi nel t. adiposo

Rilascio di noradrenalina

Un potenziale d’azione raggiunge la 2+

varicosità. La depolarizzazione apre i canali del Ca voltaggio

dipendenti.

L’ingresso del Ca provoca l’esocitosi del contenuto delle vescicole sinaptiche. A questo punto la

2+

NA si lega ad un recettore adrenergico presente sulla cellula bersaglio.

L’attivazione cessa quando la NA diffonde, allontanandosi dalla sinapsi. La NA viene ricaptata

dall’assone. A questo punto la NA può rientrare nelle vescicole sinaptiche per essere poi rilasciata di

nuovo oppure essere metabolizzata dalla monoamino-ossidasi (MAO).

Via dell’adenilato ciclasi: il NT si lega a un recettore di membrana il quale è collegato, tramite la sua

coda citosolica, con una proteina G di tipo stimolatorio (G ) o inibitorio (G ).

s i

si attiva liberando la sua subunità α, legata a un GTP, e interagisce con l’adenilato

La proteina G s

ciclasi. Questo enzima effettore si attiva e ciclizza l’AMP. L’cAMP funge nella cellula da secondo

messaggero. L’cAMP attiva la PKA che si dissocia in 2 subunità, regolatrice e catalitica. Quest’ultima

provvede a fosforilare delle proteine citoplasmatiche che porteranno a loro volta a delle risposte

cellulari. il segnale eccitatorio induce l’attivazione della PLC che va a idrolizzare un

Via della fosfolipasi C:

particolare tipo di fosfolipidi di membrana, i PIP2. Da questa idrolisi si formano due messaggeri, il

DAG e l’IP . L’inositolo trifosfato si lega a recettori posti sulla membrana del reticolo endoplasmatico

3 da quest’ultimo. L’IP

2+

determinando la fuoriuscita di Ca può essere ulteriormente fosforilato a IP

3 4

che attiva i canali al calcio della membrana cellulare favorendo l’ingresso di ioni calcio dall’esterno

all’interno della cellula contribuendo ulteriormente all’aumento della concentrazione di calcio

citoplasmatica.

rilasciato dall’IP

2+

Il Ca può agire direttamente come regolatore cellulare o, in alternativa,

3

combinandosi con una proteina regolatrice chiamata calmodulina la quale interagendo con lo ione

2+

Ca si attiva.

Il DAG invece rimane ancorato alla membrana e attiva la PKC che a sua volta catalizza la

fosforilazione di varie proteine intracellulari che mediano effetti diversi.

Regolazione centrale del SNA

L’ipotalamo e il tronco innescano risposte autonome, endocrine e comportamentali (bere, mangiare,

coprirsi, scoprirsi ecc.) per mantenere l’omeostasi dei vari parametri. Nel mantenimento

dell’omeostasi abbiamo l’azione concertata di SNA, sistema limbico e sistema endocrino.

A livello del bulbo e del ponte troviamo diversi centri deputati al controllo tra cui quello della

pressione arteriosa e i centri respiratori.

L’ipotalamo è coinvolto nel controllo di: pressione arteriosa, bilancio elettrolitico, termoregolazione,

metabolismo energetico, attività riproduttiva, risposte di emergenza allo stress. Riceve segnali da

52

tutto il corpo e al suo interno nascono segnali relativi a temperatura del sangue, osmolarità plasmatica,

glicemia e concentrazione di diversi ormoni.

Le informazioni interne e periferiche sono confrontate con valori di riferimento in modo da avere

risposte finalizzate a mantenere l’omeostasi.

Oltre a coinvolgere il SNA le azioni ipotalamiche possono essere di tipo endocrino e

comportamentali.

Il sistema limbico è deputato al controllo di stati emozionali intensi che comportano modulazione

della frequenza cardiaca, pressione arteriosa, sudorazione, lacrimazione e risvegli sessuali.

Sistema endocrino l’ambiente interno. Abbiamo tre tipi

Il sistema endocrino collabora con il SNA al fine di controllare

di comunicazione cellulare:

- Comunicazione diretta, ad es. tramite gap junction.

- Comunicazione per contatto, in cui la molecola segnale (ligando) e il recettore sono

strettamente ancorati alla membrana di cellule giustapposte.

- Comunicazione tramite secrezione: le molecole segnale sono liberate o direttamente nel

sangue e agiscono a distanza (azione endocrina) o nel liquido interstiziale agendo localmente

(azione paracrina e/o autocrina).

Comunicazione endocrina

Le cellule coinvolte possono essere ghiandole oppure neuroni. Le prime producono ormoni veri e

propri, i secondi neurormoni, ne è un es. classico l’ormone antidiuretico.

riversano il loro secreto all’esterno del corpo o in cavità comunicanti con

Ghiandole esocrine:

l’esterno (es. ghiandole sudoripare, lacrimali, salivari, sebacee).

Ghiandole endocrine: sono prive del dotto escretore e riversano gli ormoni direttamente nel sangue

attraverso il quale viene raggiunto l’organo bersaglio.

Il pancreas è una voluminosa ghiandola formata da una parte esocrina e una endocrina; la prima

rilascia enzimi digestivi nel duodeno, la seconda rilascia insulina e glucagone.

le ghiandole endocrine nell’uomo sono:

Andando in direzione cefalo-caudale

- epifisi

- ipotalamo

- ipofisi

- paratiroidi

- tiroide

- timo

- ghiandole surrenali

- pancreas endocrino

- ovaie e testicoli 53

Un ormone è una sostanza chimica che viene secreta nel sangue da una cellula o da un gruppo di

cellule. Il suo bersaglio è generalmente distante poiché tra esso e la cellula secernente c’è il flusso

sanguigno.

L’ormone è in grado di agire anche a basse concentrazioni recettori specifici nell’organo

e si lega a

bersaglio. Lo spegnimento del segnale è dato dal fatto che l’ormone viene degradato a metaboliti

inattivi; ogni ormone ha la sua emivita. Inoltre, viene secreto in modo pulsatile ovvero possiamo

avere dei picchi di concentrazione plasmatica che dipendono dai ritmi circadiani.

Gli ormoni possono essere classificati in vari modi:

• In base alla sede di produzione: ipofisarici, gonadici, surrenalici, pancreatici e tiroide.

• In base al recettore che può essere di membrana o intracellulare.

• In base alla struttura chimica: ormoni peptidici, steroidei o derivati da aminoacidi.

Il meccanismo di rilascio dell’ormone è molto simile a quello che avviene a livello delle sinapsi. Si

parla di esocitosi Ca-dipendente. Affinché un ormone venga rilasciato in circolo è infatti necessario

2+

che ci sia un aumento del Ca citosolico in quanto questo permette la fusione della vescicola con la

membrana e quindi il rilascio nel torrente circolatorio.

L’azione ormonale va a saturazione. Ad alte concentrazioni la risposta satura, si raggiunge la risposta

massima. La concentrazione dell’ormone a cui si ha il 50% dell’effetto massimale viene detta ED50.

affinché l’ormone possa generare una

Definiamo invece valore soglia la concentrazione necessaria

risposta fisiologica. quello che varia a seconda dei parametri è l’effetto

Per quanto riguarda la capacità di risposta

massimale ma non l’ED50. Se invece andiamo ad agire sulla sensibilità di risposta (riducendola)

quello che varia è l’ED50 che si sposta verso destra.

Equilibrio dinamico

L’ormone per essere veicolato nel sangue ha bisogno di proteine trasportatrici. L’ormone libero può

al suo recettore e mediare così l’effetto biologico.

legarsi

L’ormone viene anche degradato; ha quindi una sua emivita che ne limita la concentrazione nel

plasma.

Ormoni: classi chimiche

gli ormoni aminici sono derivati della tirosina. Il principale ormone aminico è l’adrenalina

1. Amine:

la quale viene liberata dalla midollare del surrene.

Altri derivati della tirosina sono gli ormoni tiroidei, T3 e T4.

ne sono esempi l’insulina e il glucagone.

2. Proteine e peptidi:

3. Ormoni steroidei: cortisolo, estrogeni, progesterone, testosterone.

La sintesi degli ormoni peptidici segue una serie di eventi comuni a tutti gli ormoni peptidici.

L’ormone peptidico viene normalmente sintetizzato come preproormone. Questa catena aminoacidica

è indirizzata entro il lume del RE grazie a una sequenza segnale.

Gli enzimi nel RE tagliano la sequenza segnale generando un proormone inattivo. 54

Il proormone passa dal RE all’apparato del Golgi. Si ha quindi la sintesi e l’immagazzinamento in

vescicole secretorie fino a quando la cellula non riceve un messaggio per la secrezione. Le vescicole

dall’apparato del Golgi e contengono enzimi che tagliano il proormone in uno o più peptidi

gemmano

attivi.

La vescicola secretoria rilascia il suo contenuto per esocitosi nello spazio extracellulare. L’ormone a

questo punto entra in circolo per essere trasportato al proprio bersaglio.

Il TRH è un ormone rilasciato dall’ipotalamo che va a stimolare la tiroide al fine di rilasciare altri

ormoni. Il preproTRH contiene 6 copie dell’ormone TRH, costituite da 3 aminoacidi ciascuna.

I proormoni, come quello dell’ACTH (adenocorticotropina) possono contenere diverse sequenze

peptidiche dotate di attività biologica.

Gli ormoni steroidei sono per la maggior parte liberati dalla corticale del surrene e sono derivati del

colesterolo. Il colesterolo è infatti il precursore di tre importanti classi di ormoni: i mineralcorticoidi,

i glucocorticoidi e gli ormoni sessuali. I primi due sono secreti principalmente dalla corticale del

surrene, gli ormoni sessuali dalle gonadi ma anche dalla corticale del surrene.

Ormoni amminici: le catecolammine (dopamina, noradrenalina e adrenalina) sono sintetizzate a

partire dalla fenilalanina e dalla tirosina. I glucocorticoidi prodotti dalla corticale del surrene

aumentano l’attività della fenil-etanolammina N-metiltransferasi e, quindi, stimolano la conversione

della noradrenalina ad adrenalina.

La tirosina è l’aminoacido precursore per la sintesi delle catecolammine e degli ormoni tiroidei. Le

prime si ottengono modificando i gruppi laterali della tirosina, i secondi sono sintetizzati a partire da

due tirosine e atomi di iodio.

Regolazione secrezione ormonale

Il rilascio di ormoni da un tessuto endocrino genera una cascata di controllo a feedback sul rilascio

dell’ormone stesso. Ogni ormone agisce infatti tramite feedback negativi con circuiti che possono

essere brevi o lunghi.

Meccanismo d’azione degli ormoni e segnali intracellulari

Lo stimolo iniziale attiva la prima tappa della cascata trasformando l’ormone da inattivo ad attivo. La

conversione di un substrato in un prodotto è l’ultima tappa della cascata.

Meccanismo d’azione –

legame ormone recettore: gli ormoni liposolubili (ormoni steroidei)

attraversano il doppio strato fosfolipidico, legano il loro recettore intracellulare (che può essere

citosolico o nucleare) e, nel 90% dei casi, l’attivazione di quest’ultimo permette la traslocazione nel

nucleo e il legame al DNA. Gli effetti di questi ormoni sono a lungo termine poiché attivano la

trascrizione e quindi la sintesi di nuove proteine a livello citosolico.

Gli ormoni idrofilici trovano invece i loro recettori sulla membrana. Questi trasducono un segnale

che va ad attivare una proteina effettrice. È un enzima amplificatore: una singola molecola di ligando

è amplificata in molte molecole intracellulari.

Recettori citosolici

I recettori citosolici hanno una regione in grado di legare il DNA e una regione in grado di legare

l’ormone. 55

il recettore è localizzato nel citosol ma se anche entrasse nel nucleo non

In assenza dell’ormone

sarebbe comunque in grado di legare il DNA perché il sito di binding è oscurato dal complesso

proteico inibitorio.

Quando l’ormone si lega il complesso inibitorio viene allontanato e il sito di legame per il DNA

risulta accessibile.

Classi di recettori di membrana

Recettore-canale: il legame del ligando apre o chiude il canale.

Recettore enzimatico: il legame del ligando a un recettore accoppiato a proteina G apre un canale

ionico o modula un’attività enzimatica.

Recettore integrina: il legame del ligando a un recettore integrina modifica il citoscheletro.

L’enzima amplificatore attivato dal legame recettore-ligando produce secondi messaggeri. Esempi di

enzimi amplificatori sono: adenilato ciclasi, guanilato ciclasi e fosfolipasi C. I secondi messaggeri

, l’IP

2+

più importanti invece sono il Ca , il DAG e i nucleotidi monofosfato ciclici AMPc e GMPc.

3

La via dell’adenilato ciclasi è usata da diversi ormoni tra cui adrenalina, prostaglandine e ormone

TSH. 2+

In tutti i tipi cellulari la concentrazione di Ca è tenuta strettamente sotto controllo ed è inferiore a

100 nmol. L’aumento 2+

di Ca , dovuto a qualsiasi motivo, è temporaneo; esistono sistemi che servono

2+

proprio a diminuirne la concentrazione. Quando la concentrazione di Ca aumenta esso si lega alla

2+

calmodulina la quale presenta 4 siti di legame per il Ca . A seconda del tessuto target la calmodulina

può svolgere miriadi di funzioni attraverso l’attivazione di ulteriori enzimi come

2+

attivata dal Ca

l’adenilato ciclasi, la fosfolipasi, la guanilato ciclasi ecc.

Recettori chinasici

Il legame dell’ormone al recettore attiva la tirosin-chinasi presente sul versante citoplasmatico (del

recettore stesso) che va a fosforilare la proteina bersaglio.

Quando viene rilasciato un ormone su un tessuto bersaglio l’effetto biologico che si ottiene dipende

sempre dal recettore. La stimolazione dei recettori può portare a effetti distinti oppure convergere

sullo stesso effetto. Es. adrenalina: l’adrenalina può legare recettori α o β. Nella ghiandola salivare di

mammifero il legame al recettore α stimola la secrezione di fluido mentre il legame al recettore β

stimola il rilascio di amilasi. Si hanno quindi percorsi divergenti.

Nel fegato di mammifero invece il legame dell’adrenalina ai recettori α e β da origine a percorsi

convergenti che portano alla glicogenolisi.

Spesso le cellule sono sotto il controllo di più ormoni. Parliamo di:

• quando l’effetto combinato

Sinergismo, degli ormoni è superiore alla somma degli effetti dei

singoli ormoni (es. glicemia)

• un ormone facilita l’azione di un altro ormone

Permissività, quando

• l’effetto di un ormone antagonizza l’azione di un altro ormone.

Antagonismo, 56

Asse ipotalamo-ipofisi

L’ipofisi dell’organismo perché i suoi ormoni controllano la

è stata definita la ghiandola principale

maggior parte delle funzioni vitali. L’ipofisi è strettamente connessa all’ipotalamo mediante un

peduncolo di tessuto nervoso che prende il nome di peduncolo ipofisario o infundibolo. È inoltre

l’ipofisi anteriore o

costituita da due parti: adenoipofisi costituita da vero tessuto endocrino di origine

epiteliale e l’ipofisi posteriore o che è un’estensione del tessuto nervoso cerebrale.

neuroipofisi

L’ipotalamo è connesso alla neuroipofisi.

secreti dall’ipofisi

Principali ormoni

L’ipofisi posteriore secerne due ormoni, l’ormone (ADH) e l’ossitocina.

antidiuretico Il primo agisce

a livello del rene, il secondo a livello di utero e ghiandola mammaria. L’ormone viene sintetizzato e

del neurone, il quale è localizzato nell’ipotalamo. Le vescicole

accumulato nel corpo cellulare

contenenti l’ormone sono poi trasportate verso le terminazioni cellulari. Le vescicole si accumulano

allora nell’ipofisi posteriore dopodiché l’ormone passa nelle vene e viene così rilasciato nel sangue.

L’ipofisi anteriore produce 6 ormoni principali: ormone della crescita (GH), corticotropina (ACTH),

tireotropina (TSH), gonadotropine (LH, FSH), ormone melanocita-stimolante (MSH) e prolattina

(PRL).

Questi ormoni spesso agiscono su altri tessuti endocrini determinando un ulteriore rilascio di ormoni.

Il legame tra ipotalamo e adenoipofisi avviene tramite il sistema portale ipofisario. L’ipotalamo libera

sulle cellule dell’adenoipofisi. Le cellule endocrine

nei vasi portali degli ormoni che vanno ad agire

rilasciano allora i loro ormoni in una seconda rete di capillari perché essi si distribuiscano al resto

dell’organismo.

Organi bersaglio: 

- Prolattina ghiandola mammaria

- GH sistema muscoloscheletrico

- TSH tiroide

- ACTH corticale del surrene

- Gonadotropine (LH e FSH) gonadi (ovaio e testicolo)

Le cellule neurosecretrici ipotalamiche liberano ormoni stimolanti o inibenti l’azione

dell’adenoipofisi. Gli ormoni rilasciati dall’adenoipofisi possono agire su tessuti bersaglio somatici

non endocrini o endocrini. Si osserva un meccanismo a feedback. Nel primo caso si ha l’induzione di

risposte metaboliche che portano alla produzione di metaboliti circolanti che vanno a loro volta ad

inibire le cellule neurosecretrici ipotalamiche. Nel secondo caso i tessuti endocrini producono ormoni

somatici che possono inibire l’adenoipofisi o le cellule neurosecretrici.

Le cellule prendono nomi diversi a seconda dell’ormone rilasciato:

 

- Cellule somatotrope ormone rilasciato GH

 su queste cellule agisce il TRH ovvero l’ormone di rilascio della

- Cellule tireotrope TSH;

tireotropina. 

- Cellule corticotrope ACTH

- Cellule gonadotrope LH/FSH

- Cellule lattotrope prolattina 57

Patologie endocrine

• 

Eccesso ormonale (dovuto a) ipersecrezione causata da tumori benigni e/o maligni oppure

da farmaci;

•  iposecrezione che mi porta ad un’assenza di controllo a feedback;

Carenza ormonale

• 

Risposta anomala all’ormone (livelli normali di ormoni) è causata da una disfunzione

recettoriale. quelle che riguardano l’ultima ghiandola di tutte le ghiandole in

Si definiscono patologie primarie

serie.

Si definiscono invece patologie secondarie quelle che colpiscono le ghiandole che producono ormoni

a monte che può essere a livello dell’ipotalamo o dell’ipofisi.

trofici; riguardano quindi un problema

Il cortisolo è rilasciato dalla corticale del surrene sotto l’azione dell’ACTH. La sua ipersecrezione

può essere dovuta a diversi problemi: patologia nell’ipotalamo: se c’è una condizione patologica

a) Ipersecrezione secondaria dovuta a una

in una ghiandola endocrina, il feedback negativo è inefficiente.

il CRH (ormone che stimola il rilascio di ACTH) è alto e il cortisolo è anch’esso alto ciò

Se vedo che

significa che il problema è a livello dell’ipotalamo il quale, nonostante i livelli di cortisolo alti,

continua a secernere CRH; il feedback negativo non è efficiente.

Ipersecrezione secondaria dovuta a un problema nell’ipofisi:

b) il controllo a feedback in questo caso

funziona: i livelli di cortisolo sono alti e quelli di CRH bassi. Il problema è a livello ipofisario poiché

nonostante i bassi livelli di CRH l’ACTH rimane alto.

c) Ipersecrezione primaria dovuta a un problema nella corteccia del surrene: i livelli di CRH e ACTH

sono bassi, indice del fatto che il feedback negativo del cortisolo funziona. Nonostante essi siano

bassi il cortisolo rimane alto indicando così una patologia della corteccia surrenale.

L’ormone della crescita (anche detto GH (da Growth Hormone) o SH, ormone somatotropo o

somatotropina) esercita i suoi effetti su quasi tutti i tessuti dell’organismo promuovendone

l’accrescimento. Tende a diminuire dopo l’adolescenza tuttavia continua ad essere rilasciato per via

dei suoi effetti metabolici.

L’ipotalamo rilascia GHRH (somatoliberina) il quale agisce sulle cellule che producono GH

nell’ipofisi anteriore stimolando il rilascio del GH stesso.

Il GH entra allora in circolo. Importante è la sua azione a livello del fegato dove stimola il rilascio di

IGF o somatomedina. Gli effetti biologici del GH su osso e tessuti molli sono principalmente mediati

da IGF Insulin-like Growth Factor.

L’ormone GHIH (somatostatina) inibisce il rilascio di GH. Questo ormone inibisce la liberazione di

gastrina ed è anche detto “ormone della vecchiaia”.

Il GH quindi agisce su ossa e muscoli o direttamente, una volta liberato dall’ipofisi, o tramite IGF

liberato dal fegato.

Effetti GH

• Accrescimento osseo nella pubertà: crescita e morte di cartilagine nel piatto epifisiario e

nuovo osso dal lato diapifisiario.

• Sintesi proteica 58

• Mobilizza i grassi come fonte di energia

• Libera glucosio dal fegato

Azioni indirette del GH: crescita corporea tramite IGF secreto dal fegato

L’ormone della crescita, tramite IGF, determina un aumento della sintesi proteica (effetto anabolico)

e stimola la crescita ossea, tramite la stimolazione della proliferazione della cartilagine epifisaria e

dell’attività osteoblastica, fino all’adolescenza. La regolazione della crescita può dipendere non solo

“permissivi” quali IGF, insulina, T3 e ormoni sessuali. Si ha

dal GH ma anche da altri ormoni detti

inoltre un’inibizione della crescita da glucocorticoidi (cortisolo).

Altri fattori che incidono sono: dieta adeguata, assenza di stress (per via degli effetti catabolici del

cortisolo => nanismo da deprivazione affettiva) e fattori genetici.

Azioni dirette del GH: effetti metabolici

• Tessuto adiposo: mobilizzazione dei grassi come fonte di energia (catabolismo e trigliceridi)

• Muscolo scheletrico e adiposo: inibisce l’uptake di glucosio.

• Fegato: stimolazione del rilascio di glucosio

• Pancreas: liberazione di insulina (effetto diabetogeno)

Come conseguenza di tali azioni si ha:

• Aumento della concentrazione plasmatica di acidi grassi (diminuzione della massa grassa)

• Aumento della concentrazione plasmatica di glucosio.

Il GH è secreto in maniera pulsatile tramite 10-20 scariche al giorno.

I fattori principali che stimolano la secrezione di GH sono i ritmi circadiani (il GH infatti aumenta

nelle ore notturne) e i bassi livelli di glucosio plasmatico, causati da stress ed esercizio fisico. Stimoli

minori sono invece bassi acidi grassi plasmatici, l’aumento di aa plasmatici e il rilascio della grelina,

l’ormone della fame.

Come effetto si ha la regolazione dei valori plasmatici di glucosio, aa e acidi grassi. Viene infatti:

ridotta la captazione di glucosio e aumentata la dismissione di glucosio dal fegato con conseguente

aumento del glucosio plasmatico, aumentata la sintesi proteica con conseguente abbassamento dei

livelli di aa plasmatici e aumentata la demolizione del grasso con conseguente aumento del livello

degli acidi grassi plasmatici.

Un’alterata secrezione di GH può causare:

• Nanismo: può essere dovuto a una disfunzione ipofisaria (iposecrezione di GH) o ipotalamica

(carenza di GHRH), recettori non responsivi o carenza di IGF.

• può essere dovuto a un tumore benigno delle cellule somatotrope dell’ipofisi che

Gigantismo:

porta ad un’ipersecrezione di GH.

• è causata da un’ipersecrezione dell’ormone GH in età adulta che agisce su

Acromegalia:

cartilagine e tessuti molli.

L’ormone della crescita ha quindi origine dall’ipofisi anteriore ed è un peptide di 191 aa. Ne esistono

diverse forme strettamente correlate.

L’emivita del GH è di circa 7 minuti tuttavia il 50% dell’ormone è legato a una proteina, la cui

struttura è identica a quella del recettore per il GH, che ne allunga l’emivita a 18 minuti. 59

Ghiandola tiroide: giace sulla trachea poco al di sotto della laringe e consiste in due lobi connessi da

una striscia sottile.

Secerne ormoni tiroidei o iodotironine quali:

• Tetraiodotironina (T4 o tiroxina)

• Triiodotironina (T3)

La tiroide è sotto il controllo dell’ipofisi la quale rilascia TSH. Il è l’ormone tireotropo, una

TSH

È composto da una subunità α di 92 aa e

glicoproteina prodotta dalle cellule tireotrope dell’ipofisi.

una β di 192 aa. Ha secrezione pulsatile con periodi di 2 ore che aumenta nel periodo antecedente il

sonno. Controlla la produzione di ormoni tiroidei da parte delle cellule follicolari tiroidee.

Tramite feedback negativo riduce la secrezione di TRH. La secrezione di TSH è inibita da: ormoni

tiroidei, agonisti dopaminergici, analoghi della somatostatina e glucocorticoidi.

L’ipofisi è a sua volta sotto il controllo dell’ipotalamo che rilascia TRH. Il TRH è l’ormone di rilascio

del TSH, peptide ipotalamico di 3 aa, prodotto nella regione parvocellulare del nucleo

paraventricolare in modo discontinuo. Stimola la secrezione ipofisaria di TSH.

l’immagazzinamento degli ormoni tiroidei.

La funzione principale della tiroide è la sintesi e

L’unità funzionale della tiroide è rappresentata dal follicolo costituito da uno strato di cellule epiteliali

che delimitano una cavità piena di colloide proteico dove è contenuta la tireoglobulina.

La porzione apicale delle cellule follicolari si affaccia sul lume follicolare contenente colloide, mentre

quella basolaterale prende rapporti con lo spazio interstiziale e quindi col torrente circolatorio.

Le cellule follicolari sono importanti per il rilascio di ormoni tiroidei e per la regolazione del

metabolismo basale. Le cellule C parafollicolari sono invece importanti per il rilascio di calcitonina

e la regolazione della calcemia.

La tireoglobulina è una proteina follicolare ricca di tirosine. Gli ormoni tiroidei T3 e T4 sono prodotti

a partire dalla tirosina e dallo iodio. In particolare, la tiroxina (T4) è sintetizzata a partire da 2 tirosine

+ 4 iodio mentre la triiodotironina (T3) da 2 tirosine e 3 iodio.

Sintesi degli ormoni tiroidei

Per sintetizzare gli ormoni tiroidei occorrono:

1. La tirosina, messa a disposizione dalla tireoglobulina (Tg);

2. Lo iodio, concentrato nel tireocita grazie ad un meccanismo di trasporto specifico di

membrana il NIS;

Un enzima catalizzatore l’organificazione dello iodio nella Tg, la tiroperossidasi o

3. TPO.

Gli alimenti che forniscono il maggior apporto di iodio sono i frutti di mare e le verdure seguiti dai

prodotti della carne e dalle uova i quali ne forniscono più o meno le stesse quantità. Lo iodio è invece

scarso nella frutta. È inoltre particolarmente ricco di iodio l’olio di fegato di merluzzo.

Il TSH stimola la sintesi di ormoni tiroidei anche promuovendo la sintesi di tireoglobulina da parte

dei tireociti.

La Tg è una proteina omodimerica di 660 kD ad alto contenuto di residui tirosinici, prodotta

nell’apparato del Golgi e riversata sul versante apicale del tireocita. 60

Il TSH stimola l’espressione del NIS (sodium/iodide symporter): si tratta di una pompa che trasporta

lo iodio all’interno del tireocita contro gradiente. Per fare ciò sfrutta il gradiente del sodio che viene

espulso dalla pompa sodio/potassio ATPasi. Lo iodio viene quindi organificato nei residui tirosinici

opera dell’enzima tireoperossidasi (TPO)

della Tg grazie alla perossidazione ad sulla membrana

apicale del tireocita. Questo processo è TSH-dipendente.

 

Si formano MIT monoiodiotirosina e DIT diiodotirosina.

La tireoglobulina lega quindi gli atomi di iodio a formare MIT e DIT. Questi si uniscono a dare T3 e

T4: T3 è dato da una molecola di DIT e una di MIT, T4 da due molecole di DIT.

T3 e T4 presenti nel colloide vengono endocitate, legate alla Tg e successivamente rilasciate in circolo

tramite la membrana basale. circolante deriva per l’80%

Gli ormoni tiroidei in circolo sono rappresentati soprattutto dal T4. Il T3

dalla desiodazione di T4 in periferia. c’è bisogno di proteine che permettano agli

Gli ormoni tiroidei sono ormoni lipofili di conseguenza

ormoni di solubilizzarsi nel plasma poiché qui l’ambiente è idrofilo. In ordine decrescente di affinità

tali proteine sono TBG, TTR e albumina.

La forma attiva a livello cellulare è rappresentata dal T3 che deriva dal T4 al quale viene tolto un

atomo di iodio sull’anello da parte delle desiodasi. Gran parte del T3 si forma all’interno delle

esterno

cellule bersaglio.

Le desiodasi di tipo 1 e di tipo 2 (D1 e D2) attivano il T4. D1 è espressa soprattutto nel fegato e nel

rene, D2 nel muscolo scheletrico e cardiaco, SNC, cute, ipofisi e tiroide. sull’anello interno

La desiodasi di tipo 3 invece inattiva T3 e T4 togliendo un atomo di iodio di T3 e

T4, inattivandole. È espressa soprattutto in placenta, SNC e fegato fetale.

Azioni degli ormoni tiroidei

Gli ormoni tiroidei hanno effetti a lungo termine. Possono attraversare la membrana, legarsi al loro

recettore e traslocare nel nucleo dove si legano a promotori inducendo così la sintesi di nuove

proteine.

Effetti biologici degli ormoni tiroidei

Non sono essenziali per la vita adulta ma ne migliorano la qualità.

Azione termogenica: gli ormoni tiroidei contribuiscono in modo fondamentale alla spesa energetica

ed alla produzione di calore, regolando direttamente il metabolismo basale. Tale azione dipende da

un aumento dell’attività metabolica di tutti i tessuti: aumento del consumo di O , della produzione di

2

calore e della velocità di utilizzazione delle sostanze energetiche.

[normale consumo di O = 250 ml/min

2

Ipotiroidismo: 150 ml/min

Ipertiroidismo: 400 ml/min]

Aumento delle sintesi proteiche: hanno effetto trofico sul muscolo.

• Stimolano l’ossificazione, la crescita e la maturazione dei centri epifisiari.

• Favoriscono la maturazione e l’attività dei condrociti nella cartilagine della lamina di

accrescimento. 61

• Hanno azione sulla matrice proteica e sulla mineralizzazione dell’osso.

• Nell’adulto accelerano il rimodellamento osseo.

 N.B. se in eccesso gli ormoni tiroidei promuovono il catabolismo delle proteine muscolari: gli aa

derivanti dalla loro degradazione divengono substrato energetico.

Effetti sul SNC: regolano sviluppo e differenziazione del SNC durante la vita fetale e nelle prime

settimane di vita, quando assicurano una corretta mielinizzazione delle strutture nervose.

Deficit della funzionalità tiroidea in epoca precoce comportano gravi ripercussioni sul SNC e possono

compromettere il quoziente intellettivo del soggetto.

Effetti sul sistema cardiovascolare:

• Azione diretta a livello cardiaco

• Azione mediata:

-dal sistema simpatico adrenergico (catecolamine)

-dagli effetti metabolici sui vasi

Come conseguenza si ha:

Aumento del numero dei recettori β-adrenergici;

-

- Aumenta la contrattilità cardiaca;

- Aumenta la frequenza cardiaca effetto cronotropo

Aumenta l’eccitabilità della miocellula

-

- Aumenta il consumo tessutale di O .

2

Disfunzioni tiroidee

In presenza di bassi livelli di T4 e alti livelli di TSH viene a mancare il feedback negativo e ci

troviamo in presenza di ipotiroidismo.

Si rientra invece nell’ipertiroidismo quando abbiamo alto T3 e basso TSH.

Gozzo: aumento di volume della ghiandola tiroidea. Può essere:

- Diffuso: la ghiandola aumenta globalmente di volume

- Nodulare: compaiono uno o più noduli aumentati di volume nel contesto della tiroide.

- Eutiroideo: la ghiandola funziona normalmente

- Tossico: la ghiandola produce troppi ormoni tiroidei

- Associato a una condizione di ipotiroidismo (scarsa produzione di ormoni tiroidei). La carenza

di iodio comporta bassi livelli di T3 e T4. L’assenza di retroazione negativa che ne deriva

aumenta la secrezione di TSH e provoca la formazione del gozzo.

L’ipotiroidismo Ridotto metabolismo basale

può essere: • Scarsa tolleranza al freddo

conseguenze •

•  Affaticamento precoce

Primario patologie della tiroide •

•  Frequenza cardiaca lenta

Secondario deficit di TRH o TSH •

• Riflessi lenti

Dovuto a un ridotto apporto di iodio • Ridotta reattività mentale 62

• Elevato metabolismo basale

L’ipertiroidismo può essere: • Scarsa tolleranza al caldo

• Dovuto a malattia autoimmune (sudorazione eccessiva)

• 

Secondario eccesso di TRH o TSH • Debolezza muscolare

• Tumore tiroideo ipersecernente • Palpitazioni cardiache

• Disturbi psicologici

malattia autoimmune in cui viene prodotto un anticorpo, l’immunoglobulina

Malattia di Graves:

tiroide-stimolante che si lega con il recettore per il TSH presente sulla tiroide e continua a stimolarla

in maniera svincolata dal fisiologico meccanismo di controllo ipertrofia della ghiandola.

Ghiandole surrenali

Gli ormoni rilasciati dalla corticale del surrene sono i corticosteroidi:

• 

Glucocorticoidi (cortisolo metabolismo glucidico)

• 

Mineralcorticoidi (aldosterone metabolismo idrosalino)

• Ormoni sessuali

Gli ormoni rilasciati dalla midollare sono invece le catecolamine (adrenalina e noradrenalina).

Il surrene è formato da due porzioni endocrine distinte: una porzione interna che si definisce midollare

e una esterna detta corticale e a sua volta divisa in 3 zone che differiscono nella produzione di ormoni:

• 

Zona glomerulare mineralcorticoidi

• 

Zona fascicolata glucocorticoidi

• 

Zona reticolare ormoni sessuali

Tutti gli ormoni liberati dalla corticale del surrene derivano dal colesterolo.

sintetizzato nella zona glomerulosa in risposta all’attivazione

Mineralcorticoidi: aldosterone: viene da parte dell’ipofisi.

del sistema renina-angiotensina e alla liberazione di ACTH

abbiamo che a livello dell’apparato iuxtaglomerulare

Nel sistema renina-angiotensina (struttura

localizzata nel rene, controlla l’attività dei singoli nefroni) la renina converte l’angiotensinogeno in

angiotensina I. A questo punto interviene un enzima che converte l’angiotensina I in angiotensina II

trasformata in angiotensina III dall’aminopeptidasi A. L’angiotensina III

la quale viene a sua volta

agisce sulla corticale del surrene determinando il rilascio di aldosterone.

L’aldosterone +

nel rene promuove la ritenzione degli ioni Na (e di acqua) e la secrezione degli ioni

. I suoi siti d’azione sono la porzione terminale del tubulo contorto distale e il dotto collettore.

+ +

K e H

L’effetto sodioritentivo dell’aldosterone è presente anche in altre sedi, come nelle ghiandole salivari,

sudoripare e nella mucosa gastrointestinale.

L’effetto netto dell’aldosterone è di aumentare il volume del liquido extracellulare e del sangue e di

conseguenza la pressione sanguigna e la gittata cardiaca.

Il peptide natriuretico atriale, prodotto dal cuore, inibisce il rilascio di aldosterone determinando

riduzione del volume ematico e, di conseguenza, della pressione arteriosa. 63

Glucocorticoidi: cortisolo: viene sintetizzato nella zona fascicolata.

Cortisolo e cortisone sono in equilibrio chimico: il cortisolo è quello con attività biologica. Il 90%

del cortisolo circolante è legato alle proteine plasmatiche.

Il cortisolo regola la sua produzione con un meccanismo a feedback sull’asse ipotalamo-ipofisario.

L’ACTH (ormone adrenocorticotropo) regola la captazione del colesterolo e tutti i processi

biochimici che ne regolano la trasformazione.

Il cortisolo/cortisone può essere anche somministrato per via esogena.

A lungo temine la stimolazione prolungata di ACTH porta a iperplasia (crescita del volume di un

organo per aumento del numero di cellule) della ghiandola surrenale.

L’interconversione di cortisolo e cortisone ( analogo biologicamente inattivo) è catalizzata da una

deidrogenasi presente in molti tessuti che rende il cortisone esogeno una fonte efficace di attività

cortisolica. primario che dà avvio alla secrezione di glucocorticoidi è lo “stress”. Lo stress può essere

Lo stimolo

dovuto a: traumi, infezioni, caldo e freddo intensi, contusioni, interventi chirurgici, immobilizzazione

assoluta del soggetto, malattie debilitanti, dolore, stress mentale, disturbi psichiatrici gravi, danno

tessutale.

Il cortisolo rilasciato dalla corteccia del surrene ha effetti catabolici volti ad aumentare la

concentrazione plasmatica di glucosio, aa e acidi grassi per fronteggiare lo stress. A livello del fegato

stimola la gluconeogenesi, a livello del muscolo il catabolismo proteico.

Effetti del cortisolo: diminuzione della massa muscolare, diminuzione della formazione ossea,

tono dell’umore

diminuzione del t. connettivo, inibizione della risposta immunitaria, modulazione del

e dello stato di veglia, aumento della filtrazione glomerulare.

La concentrazione plasmatica del cortisolo varia durante il corso della giornata. Presenta infatti dei

picchi e in particolare un picco minimo prima di addormentarsi (24:00) e un picco massimo prima

del risveglio (7:00 8:00).

Il cortisolo è essenziale per mantenere i livelli di glucosio nel sangue e per la sopravvivenza in periodi

grazie alla sua azione antagonista dell’insulina.

di digiuno prolungato

Ipocortisolismo o morbo di Addison: può essere dovuto a:

• Malattia autoimmune del surrene conseguenze

• Deficit enzimatici per la sintesi di cortisolo Ipoglicemia

• Eccesso di androgeni

• Insufficiente secrezione di ACTH

Ipercortisolismo o sindrome di Cushing: può essere dovuto a:

• 

Tumori surrenalici o ipofisari in tal caso si definisce primario

• 

Terapie prolungate con cortisolo iatrogeno

• Iperglicemia => diabete

Conseguenze • Arti deboli a causa della deprivazione proteica

• Obesità addominale

• Alterazioni cicliche dell’umore 64

• Difficoltà di apprendimento

La risposta allo stress

L’agente “stressante” che può essere fisico, chimico, fisiologico (dolore), emozionale (ansia) e

sociale, agisce sull’organismo inducendo una risposta caratteristica per lo specifico tipo di agente

stressante o una risposta non-specifica indipendente dal tipo di agente stressante risposta da stress.

abbiamo che l’ipotalamo va a stimolare

Per quanto riguarda la risposta da stress di tipo non-specifico

la via del cortisolo aumentando la secrezione di CRH. Questo porta al catabolismo di proteine e lipidi

e ad un aumento della concentrazione plasmatica di glucosio.

L’ipotalamo va anche a regolare l’output del SNA ortosimpatico determinando il rilascio di

adrenalina dalla midollare del surrene. Così facendo prepara il corpo per la risposta “combatti o

fuggi”. Agisce inoltre sul muscolo liscio arteriolare determinando vasocostrizione e quindi un ridotto

flusso sanguigno soprattutto a livello renale che porta all’attivazione del sistema RAS (Renina,

Angiotensina, Aldosterone). Il sistema RAS attraverso la liberazione di angiotensina porta

all’attivazione dell’aldosterone con conseguente controllo del volume plasmatico.

La vasopressina o ADH (antidiuretic hormone) è importante per l’osmolarità plasmatica. Evita la

perdita di acqua.

Sistema cardio-vascolare (apparato cardiocircolatorio)

Il sistema cardiovascolare è costituito dal cuore e dai vasi sanguigni ed è deputato al trasporto del

sangue in tutte le parti del corpo in due circoli: polmonare e sistemico.

Col sangue vengono trasportati nutrienti, vitamine, ioni e acqua assorbiti dal sistema digerente, O 2

diffuso dai polmoni, CO diffusa dal metabolismo dei tessuti e ormoni secreti dal sistema endocrino

2

ai bersagli specifici.

Il cuore è una pompa divisa in 4 camere: 2 atri e 2 ventricoli. La parte destra riguarda il sistema

venoso, quella sinistra quello arterioso. La funzione del cuore è quella di spingere il sangue dal

ventricolo destro al polmone per essere riossigenato. Dai polmoni il sangue ritorna all’atrio sinistro.

Da qui viene poi spinto nella camera ventricolare che si riempie e si contrae in modo da spingere il

sangue in tutto l’organismo.

Il sangue entra così nel circolo sistemico che è un circolo ad alta pressione poiché serve molta forza

per spingere il sangue e vincere la resistenza dei vasi.

Si definiscono arterie tutti i vasi che portano il sangue in direzione centrifuga (ovvero dal cuore verso

la periferia). Ne sono esempi l’aorta e l’arteria polmonare ( trasporta sangue povero di ossigeno).

separa l’atrio sinistro

Atri e ventricoli sono separati da valvole: valvola bicuspide dal ventricolo

separa l’atrio destro dal ventricolo destro.

sinistro; valvola tricuspide

Le vene cava superiore e cava inferiore spingono il sangue nel ventricolo destro grazie a un gioco di

pressione che fa aprire le valvole. Dal ventricolo destro viene spinto nell’arteria polmonare.

riporta il sangue all’atrio sinistro, da qui esso passa al ventricolo e tramite l’aorta

La vena polmonare

a tutto l’organismo. 65

da un sottile epitelio che prende il nome di “pericardio” la cui funzione principale

Il cuore è rivestito

è quella di protezione. Tra il muscolo e il pericardio c’è un liquido che permette la contrazione senza

che ci sia attrito.

Nel cuore, a livello delle pareti cardiache, è possibile individuare 3 strati distinti:

• è lo strato più interno, è costituito dal tessuto epiteliale che delimita l’intero

Endocardio:

sistema circolatorio.

• Miocardio: è lo strato più spesso, contiene il muscolo cardiaco.

• Epicardio: membrana esterna sottile attorno al cuore. Permette al cuore di lavorare bene e

senza attrito con gli altri organi.

A livello dell’imbocco delle vene cave superiore e inferiore troviamo la regione pacemaker, detta

anche segna passo poiché c’è un’attività elettrica spontanea autoritmica e la frequenza intrinseca di

queste cellule determina la frequenza del cuore. Questa regione corrisponde al nodo seno-atriale.

Un’altra regione le cui cellule hanno caratteristiche simili a quelle del nodo seno-atriale è il nodo

atrio-ventricolare. Si tratta di una zona autoritmica che in condizioni normali non subentra.

Le fibre del Purkinje sono invece quelle che permettono la conduzione elettrica nella parete

ventricolare.

 Nodo AV e fibre del P.: pacemaker latenti.

comanda sulle altre regioni perché ha la frequenza di potenziali d’azione più alta.

Il nodo seno-atriale

In condizioni patologiche intervengono anche le altre zone tuttavia esse non sono sufficienti motivo

per cui è necessaria l’installazione di un pacemaker ovvero un apparecchio capace di stimolare

elettricamente la contrazione del cuore.

I foci ectopici, ovvero i punti d’insorgenza dello stimolo elettrico che dà origine alla contrazione

cardiaca diversi dal nodo seno-atriale, possono diventare segnapassi cardiaci se:

1) la ritmicità propria aumenta

2) la ritmicità dei segnapasso superiori è depressa

3) le vie di conduzione tra le regioni dei foci ectopici e quelle che ospitano i segnapassi a ritmicità

più rapida sono interrotte.

Conduzione sono caratterizzate da potenziali d’azione che non hanno mai una fase di

Le regioni autoritmiche

per tutta la vita queste cellule sono in grado di generare potenziali d’azione. Tant’è che se

riposo;

isoliamo il cuore esso funziona anche se non è innervato.

Le cellule contrattili di lavoro del miocardio che servono a generare l’evento meccanico si

differenziano da quelle pacemaker perché presentano una fase di riposo.

Nelle cellule del miocardio ventricolare c’è una fase di riposo in cui il muscolo è rilassato e la camera

ventricolare è disponibile ad accogliere altro sangue.

Come viene condotto lo stimolo elettrico?

Lo stimolo generato a livello del nodo del seno viene condotto alle cellule del miocardio in modo

molto veloce grazie alle gap junction che collegano le cellule.

In particolare, abbiamo che il nodo SA si depolarizza dopodiché l’attività elettrica arriva rapidamente

al nodo AV attraverso le vie internodali. 66

Il nodo AV funge da filtro, vale a dire che nel momento in cui c’è una tachicardia atriale esso non fa

passare lo stimolo al ventricolo => rallenta la conduzione dall’atrio al ventricolo.

Dal nodo AV lo stimolo raggiunge il fascio di His che si divide nella branca destra e sinistra. In questo

modo raggiunge l’apice del cuore da dove, grazie alle fibre del Purkinje, raggiunge velocemente tutti

i tratti della parete del cuore.

Le varie fasi dell’attività elettrica nel cuore hanno durata diversa. La fase più rapida consiste nella

propagazione dal NSA al NAV. La propagazione dal NAV al fascio di His rappresenta invece una

fase di rallentamento. Dal fascio di His alle fibre del Purkinje la propagazione si velocizza di nuovo.

La durata di eccitamento dei miociti deve essere abbastanza lunga poiché durante questa fase ho

anche la contrazione.

Il SNA è in grado di modulare la conduzione cardiaca. In particolare, il SN simpatico determina un

ovvero velocizza la trasmissione dell’impulso diminuendo il tempo di

effetto dromotropo positivo

conduzione AV, al contrario il parasimpatico aumenta il tempo di conduzione AV determinando un

effetto dromotropo negativo.

Le cellule pacemaker hanno funzione e aspetto diverso dai miociti di lavoro che appaiono come

bastoncelli striati.

Le cellule atriali e ventricolari hanno attività elettrica simile. La differenza sta nel plateau che risulta

più ridotto nei potenziali d’azione atriali. Hanno invece in comune la fase di riposo.

I miociti sono caratterizzati da un corredo di canali ionici diversi che si riflettono in potenziali

d’azione di forme diverse. Il potenziale d’azione è la sommatoria dei flussi ionici in entrata e in uscita.

La fase 0 corrisponde alla fase di depolarizzazione. La fase di ripolarizzazione può essere divisa in

varie fasi. Le fasi 0,1,2 e 3 corrispondono alla sistole (fase di contrazione) ventricolare. La fase 4

corrisponde invece alla fase di riposo o diastole (periodo di rilassamento dopo la contrazione).

Nei miociti pacemaker non c’è mai una reale fase di riposo. La fase 4 nei nodi SA e AV corrisponde

a una lenta depolarizzazione che porta al valore soglia (-50 mV) che permette di innescare il

potenziale d’azione. di questo è l’IK

Il canale responsabile che è presente nelle cellule del miocardio ma assente in quelle

1

pacemaker. Il potenziale di riposo è infatti a -80 mV, vicino al potenziale di equilibrio del K e lo

ritroviamo solo nelle cellule del miocardio e non in quelle pacemaker.

A livello dei miociti la corrente principalmente deputata alla fase 0 è quella di sodio. Una volta che

la cellula si è depolarizzata i canali per il sodio si inattivano quasi al 100%. Di conseguenza durante

la fase di plateau non si ha corrente di sodio. durata del potenziale d’azione

Esistono patologie in cui il paziente ha un intervallo QT (

ventricolare) più lungo del normale. Questo può essere dovuto al permanere di una corrente entrante

di sodio durante il plateau. Il prolungamento della fase genera aritmie e in alcuni casi morte

improvvisa.

Altra componente che contribuisce alla fase è quella del calcio.

è un gradiente elettrochimico. Il potenziale d’inversione corrisponde a quel

La forza elettromotrice

valore in cui cambia il verso della corrente. Al di sotto di quel punto la corrente negativa è per

convenzione entrante di potassio. Se la corrente è positiva prevale la forza chimica e il potassio esce

 questo perché il potassio è più concentrato all’interno della cellula. Se il potassio entra prevale la

forza elettrica. 67

Se il canale fosse ohmico, ovvero seguisse la legge di Ohm (V = R x I) la relazione corrente voltaggio

dovrebbe essere una retta.

La pendenza della curva mi dà la conduttanza in ogni punto (1/R). Dal grafico del canale IK si

1

osserva che esso conduce bene in condizione entrante ma non in condizione uscente. Il canale è per

questo detto “inward rectifier” cioè rettificatore entrante poiché conduce bene in entrata.

È possibile misurare una corrente uscente durante tutta la diastole; mi trovo molto vicino al potenziale

d’inversione ma è comunque uscente. Quando parte il potenziale d’azione il canale non conduce più

poiché quel canale conduce solo a potenziali negativi. Il comportamento di questa corrente è

importante perché permette il mantenimento di una fase di depolarizzazione elevata.

Questo canale presenta due domini transmembrana e non è voltaggio dipendente. Tuttavia, pur non

appartenendo alla classe dei VOC, comunque dipende dal voltaggio. Questo perché quando il

potenziale è molto positivo il canale si chiude perché viene “tappato” dal lato intracellulare da cationi

che possono essere calcio, magnesio, poliammine. Il risultato è che il potassio non può più passare.

Questo tipo di canale non è presente nei miociti pacemaker.

Altra differenza fondamentale tra miociti pacemaker e di lavoro è che nei primi troviamo l’IK il

ACH

quale è modulato dall’acetilcolina e quindi dal SNA parasimpatico. Questo canale ha andamento

simile all’IK : conduce bene durante la fase 4, che corrisponde alla diastole, ma poco quando il

1

potenziale è positivo.

Il legame dell’ACH al recettore muscarinico fa sì che quest’ultimo attiva la proteina G che si scinde

in α e βγ. Le subunità βγ vanno direttamente ad aprire il canale. Aprendo il canale del potassio questo

segue il suo gradiente e ostacola la depolarizzazione con conseguente rallentamento del battito.

un contributo di I

Nelle cellule ventricolari c’è , nelle pacemaker no.

Na

La fase 0 (depolarizzazione) è un po’ più lenta nelle cellule pacemaker perché sostenuta

principalmente dai canali del calcio, sia di tipo T (a bassa soglia) che L (ad alta soglia) la cui cinetica

è più lenta rispetto a quella del Na. Tutto questo indica che è importante che la partenza del potenziale

d’azione ventricolare avvenga in maniera rapida.

Il fatto che le cellule PM si siano evolute per sfruttare calcio non vuol dire però che i canali del sodio

siano completamente assenti ma che contribuiscono poco.

Questo perché i canali del sodio sono voltaggio dipendenti ma una volta che il canale si apre e la

Per riattivarsi il potenziale d’azione deve diventare molto

corrente fluisce il canale si disattiva.

negativo. Nelle cellule PM però il potenziale di membrana non diventa mai così negativo da farli

uscire dal loro stato inattivato.

Il contributo delle correnti del Ca è presente in entrambe i tipi cellulari ma nelle cellule pacemaker è

fondamentale per la fase 0 non essendoci quello del Na.

Corrente I

f

È presente funzionalmente nelle cellule PM ma in condizioni patologiche può essere presente anche

nelle cellule ventricolari. Viene detta funny perché si attiva in iperpolarizzazione: più il potenziale

diventa negativo, più il canale si apre. I è un canale voltaggio dipendente misto (può far passare sia

f

+ +

Na (in entrata) che K (in uscita)).

Durante la diastole conduce una corrente entrante perché vince l’entrata di Na + . Più aumenta questa

corrente prima viene raggiunta la soglia dell’apertura dei canali voltaggio dipendenti fondamentali

per la depolarizzazione. 68

Scambiatore Na/Ca: contribuisce a depolarizzare poiché la sua funzione è quella di eliminare il calcio.

+

Questo scambiatore sfrutta il gradiente del Na in entrata per buttare fuori calcio. Lo scambiatore però

+ 2+

non è neutro ma conduce corrente perché sono 3 Na che entrano contro 1 Ca che esce, con

conseguente depolarizzazione. mV. Esso è all’incirca

I pacemaker current: notiamo che il potenziale di 0 corrente è intorno ai -10

f + +

la media tra Na e K .

L’cAMP intracellulare modula la corrente I . All’aumentare della dose aumenta la probabilità di

f

apertura del canale. Il canale I presenta una cassetta di binding per i nucleotidi ciclici che permette

f

la modulazione diretta da parte dell’cAMP. Ha inoltre struttura molto simile ai canali per vista.

Il sistema nervoso autonomo regola la concentrazione di cAMP. Tutto ciò che regola l’cAMP sta

indirettamente modulando la corrente pacemaker.

La stimolazione adrenergica del SN simpatico ha effetto cronotropo positivo, ovvero aumenta la

frequenza cardiaca, perché aumenta l’cAMP e modula il canale in modo positivo.

ha effetto cronotropo negativo. L’Ach si lega al recettore muscarinico

Il SN parasimpatico al contrario

2. M2 ha effetto opposto rispetto a β1, modula negativamente la corrente PM diminuendo la

concentrazione di cAMP.

La modulazione della concentrazione di cAMP avviene a opera delle fosfodiesterasi le quali sono

molto compartimentalizzate.

La stimolazione vagale non inibisce solo la corrente pacemaker ma stimola l’apertura dell’IK . Un

ACH

eccesso di stimolazione vagale può portare all’arresto cardiaco.

L’attività del miocardio può essere registrata grazie all’elettrocardiogramma (ECG) il quale

costituisco un indicatore della successione degli eventi cardiaci. L’elettrocardiogramma rappresenta

la somma dell’attività elettrica di tutte le cellule registrata dalla superficie corporea.

Esso è diviso in varie onde e in particolare riconosciamo un’onda P, un complesso QRS e un’onda T.

Segue poi una pausa.

In corrispondenza dell’onda P abbiamo l’eccitazione atriale. Il tratto PQ è indice degli eventi che ci

sono tra la stimolazione atriale e quella ventricolare: si ha la ripolarizzazione atriale e la conduzione

dello stimolo dall’atrio al ventricolo dura circa 100 ms. Se questo tratto si allarga vuol dire che c’è

un problema nella conduzione atrio-ventricolare.

all’eccitazione

Il complesso QRS corrisponde ventricolare. Il tratto ST è invece la ripolarizzazione

del ventricolo. 69

Il cardiologo quindi per valutare se ci sono delle anomalie va a vedere non l’ampiezza delle onde ma

la loro successione.

Blocco cardiaco completo: se la conduzione atrio-ventricolare rallenta molto ho due onde P. ciò

significa che lo stimolo non ha raggiunto il ventricolo. C’è dunque un blocco atrio-ventricolare

pericolosissimo (si definisce di III grado ed è il più grave).

Un tratto QT molto lungo (oltre i 400 ms) è indice di malattie. Negli individui che hanno la sindrome

il potenziale d’azione rimane depolarizzato a lungo e il miocita può depolarizzare

del QT lungo

precocemente e dare un altro potenziale d’azione invece di ripolarizzare con conseguente aritmia e

attività sregolata. Si definiscono EAD le depolarizzazioni precoci che susseguono il potenziale

d’azione e danno origine alla trigger activity ( indica anomalie nella ripolarizzazione con

postdepolarizzazione precoce che porta ad aritmie).

Successione degli eventi cardiaci associati alle onde dell’elettrocardiogramma:

• 

Onda P depolarizzazione atriale

• 

Segmento PQ o PR conduzione attraverso il nodo AV e il fascio AV

• 

Onda Q si genera quando grazie al fascio di His lo stimolo ha raggiunto l’apice

• Nel tratto QRS stanno funzionando le fibre del Purkinje

• 

Segmento ST contrazione dei ventricoli.

• 

Onda T ripolarizzazione ventricolare

• Al termine dell’onda T il muscolo è rilasciato.

Sincizio funzionale

Il tessuto miocardico è un sincizio: se le cellule sono accoppiate lo stimolo invade tutte le regioni del

tessuto elettricamente connesse. Le cellule del miocardio hanno forma rettangolare e sono connesse

da gap junction le quali si trovano sia sul lato corto che su quello lungo.

Le gap junction sono normalmente aperte e si chiudono quando aumentano gli indici di tossicità

2+

cellulare come pH acido, il Ca che rimane elevato ecc. al fine di salvaguardare le altre cellule. Le

gap gunction sono formate da due unità chiamate connessoni, formate a loro volta da proteine

specifiche dette connessine, in numero di sei per subunità.

Il segnale deve propagarsi e poi rigenerarsi nel sincizio. Ho quindi una sorgente di cariche che è la

d’azione il quale si deve propagare a una serie di cellule che fungono

zona in cui si genera il potenziale

da pozzo.

Il pozzo è quindi il carico contro cui deve lavorare la sorgente poiché si ha un potenziale d’azione

che si propaga longitudinalmente e va a polarizzare tutte le cellule connesse da gap junction. Tanto

più la sorgente è grossa più riesce a superare la resistenza del pozzo.

L’onda di cariche che si sposta deve essere almeno uguale a quelle che permettono di raggiungere il

avere il potenziale d’azione.

potenziale soglia per poter

Fattore di sicurezza = carica sorgente/ carico liminare del pozzo (cioè il lavoro che deve esercitare la

sorgente per depolarizzare il pozzo)

La conduzione è passiva, cioè dipende dalle caratteristiche della membrana, la genesi è attiva. Il

fattore di sicurezza deve essere sempre maggiore di 1, in modo tale che l’onda di carica sia largamente

sufficiente. I valori dipendono dalla geometria; il valore può essere anche pari a 8. In tal caso la

sorgente è 8 volte superiore a quel che serve. 70


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DESCRIZIONE APPUNTO

Appunti completi di tutti gli argomenti per il corso di Fisiologia dei sistemi di Scienze Biologiche della prof.ssa Rocchetti. Permettono di preparare l'esame senza dover aggiungere nessun altro testo (voto da me conseguito: 30 e lode). Argomenti: sistema nervoso, endocrino, apparato cardiovascolare, respiratorio e sistema escretore. Consiglio di affiancare le slide della prof per consulto immagini che per motivi di copyright non possono essere inserite nel documento.


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in scienze biologiche
SSD:
A.A.: 2017-2018

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Biologa93 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Fisiologia dei sistemi e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Milano Bicocca - Unimib o del prof Rocchetti Marcella.

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