Fisiologia - Fisiologia delle sinapsi, neurofisiologia cellulare

NEUROTRASMETTITORI CLASSICI

Sono i neurotrasmettitori a basso peso molecolare, e sono:

• Acetilcolina
• Neurotrasmettitori amminoacidici come il Glutammato, l'Aspartato, il GABA (acido gamma amminobutirrico) e la Glicina
• Purine come l'ATP
• Catecolammine: Dopamina, Noradrenalina, Adrenalina
• Indolamine, come la Serotonina
• Istamina

Nella trasmissione sinaptica chimica veloce vengono rilasciati i NT classici a basso peso molecolare. Il rilascio di questi NT andrà ad attivare recettori di tipo ionotropico.

NEUROTRASMETTITORI NEURO PEPTIDICI (PEPTIDERGICI)

• Leu-encefalina
• Endorfine
• Sostanza P
• Somatostatina
• Ormoni peptidici come TRH e LH
• Vasopressina
• Ossitocina
• Angiopressina

Non sono frequenti le sinapsi che rilasciano solo questo tipo di neurotrasmettitori. Spesso questi ormoni sono corilasciati dalle stesse sinapsi che attuano una trasmissione chimica veloce, perché queste sinapsi tipicamente contengono sia le piccole che le grandi.

vescicole.Le sinapsi che rilasciano esclusivamente neurotrasmettitori peptidergici, sono lesinapsi chimiche lente. Questo perché i recettori peptidergici sono in grado di attivaresolo recettori metabotropici, più lenti di quelli ionotropici attivati dai neurotrasmettitoriclassici.

La fusione delle vescicole contenenti neuropeptidi necessità di una depolarizzazionesostenuta della terminazione presinaptica, che si può avere solo se la terminazione èinvasa da un numero elevato di potenziali d’azione nell’unità di tempo, ovvero da unascarica di potenziali d’azione ad alta frequenza.

Il neuropeptide spesso viene sintetizzato a livello del citoplasma e trasportato tramiteil meccanismo di trasporto assonale alla terminazione sinaptica, dove verrà rilasciatosolo quando il calcio all’interno della terminazione diviene particolarmente alto e siaccumula anche in zone più distanti dalla membrana della terminazione.

presinaptica(dove sono presenti le vescicole).Per questo motivo è necessario che una scarica di potenziale d'azione ad alta frequenza invada la terminazione presinaptica in modo tale che il calcio diffonda anche nelle zone più distanti della zona attiva, permettendo la fusione dellavescicola grande che contiene i neuropeptidi.

Molti dei neurotrasmettitori a basso peso molecolare (Acetilcolina, Glutammato e GABA) possono attivare spesso anche recettori metabotropici.

L'acetilcolina è il neurotrasmettitore eccitatorio che ad esempio è rilasciato dal motoneurone nelle giunzione neuromuscolari. In questa sinapsi chimica attiva recettori Nicotinici, che sono di tipo ionotropico. Nelle sinapsi post gangliari del sistema nervoso parasimpatico attiva recettori Muscarinici, che sono di tipo metabotropico.

Il glutammato è il principale neurotrasmettitore eccitatorio del SNC. Può attivare diverse tipologie di recettori ionotropici ma anche

Una vasta gamma di recettori metabotropici. Il GABA attiva tipicamente recettori ionotropici. Il GABAa è il recettore che media i segnali inibitori rapidi nel SNC, attivando una conduttanza di cloro in ingresso nella cellula. Il GABAb è invece un recettore metabotropico che tipicamente può attivare una conduttanza potassio, o modulare negativamente una conduttanza del calcio, tramite un'azione di inibizione.

La giunzione neuromuscolare è un esempio di sinapsi chimica molto grande, dove la cellula postsinaptica è la fibra muscolare, che è un cincizio morfologico e funzionale, non una vera e propria cellula. L'assone, una volta giunto al target, che è la fibra muscolare scheletrica, si divide in numerose ramificazioni che formano numerose terminazioni sinaptiche, ognuna delle quali è caratterizzata dalla presenza di centinaia di vescicole contenenti il neurotrasmettitore, che è l'Acetilcolina.

La membrana

La postsinaptica della fibra muscolare scheletrica forma delle particolari strutture, le pieghe giunzionali. Nella parte più superficiale della membrana, quella più prossimale alla zona di fusione delle vescicole troviamo il recettore nicotinico di tipo ionotropico che viene attivato e attiva una conduttanza ionica similare sia al potassio che al sodio.

Entrambe le specie ioniche tendono a permeare all'interno della fibra muscolare scheletrica e questo porta il potenziale a un valore vicino a zero (il sodio tende a portare il potenziale al suo valore di equilibrio che è +58, mentre il potassio a -80 e quindi si raggiunge un valore di depolarizzazione intorno al -15).

Questa depolarizzazione attiva i canali del sodio voltaggio dipendenti che si trovano nella parte più profonda della piega giunzionale. L'apertura di questi canali del sodio genera una depolarizzazione a livello della fibra muscolare scheletrica.

Nella fibra muscolare scheletrica il potenziale di

riposo ha un valore di -90 mV. Per questo motivo non si ha una fase di iperpolarizzazione in quanto il potenziale di riposo ha già un valore molto vicino al potenziale di equilibrio del potassio. Di conseguenza non si ha un'iperpolarizzazione postuma, in quanto questa esiste solo quando il potenziale d'azione si genera da un valore di riposo che non sia uguale al valore di equilibrio del potassio. Partendo da un valore di riposo simile all'equilibrio del potassio, non si ha quindi un'iperpolarizzazione postuma.

La giunzione neuromuscolare è una sinapsi chimica molto particolare, diversa da tutte le altre sinapsi.

La giunzione neuromuscolare è una sinapsi risolutiva: il potenziale d'azione che arriva dall'assone del motoneurone genera sempre un potenziale d'azione eccitatorio nella fibra muscolare scheletrica innervata dal motoneurone.

Sinapsi risolutiva: sempre in grado di generare un potenziale d'azione sul versante

postsinaptico. Gli studi di Katz per quanto riguarda la giunzione neuromuscolare sono molto importanti e gli valsero il premio Nobel. Semplicemente osservò che riducendo la concentrazione di calcio extracellulare a 0,2 millimolare o inferiore, la probabilità di rilascio della vescicola contenente il neurotrasmettitore si avvicina a zero e quindi si riduceva anche l'ampiezza del potenziale postsinaptico eccitatorio, arrivando ad un livello tale da non vedere risposte postsinaptiche (failor).14 Dedusse che il segnale generato era generato per "pacchetti", per quanti. Infatti, la risposta era determinata dal quantitativo di vescicole rilasciate. Quando la probabilità di rilascio vescicolare è vicina allo zero può essere rilasciata una sola vescicola, e quindi si ha una risposta unitaria, minimale. Quando si rilasciano due vescicole contemporaneamente abbiamo il doppio della risposta minimale e così via. Questo evento minimale unitario viene detto

evento in miniatura, ed è il segnale elettrico associato alla singola vescicola sinaptica, quel segnale elettrico generato da quel quanto di neurotrasmettitore contenuto all'interno della singola vescicola sinaptica. Il rilascio di neurotrasmettitore da parte delle sinapsi chimiche avviene per quanti, ovvero per pacchetti. Il quanto è il contenuto di neurotrasmettitore che la singola vescicola rilascia. Calcolo del numero di vescicole rilasciate: Abbiamo visto grazie agli studi di Katz che una vescicola rilascia un quantitativo di acetilcolina in grado di causare circa 0.5 mV di depolarizzazione. Considerando che per avere un potenziale postsinaptico eccitatorio generato dal rilascio di acetilcolina bisogna superare un valore soglia di -20mV, tale potenziale d'azione subirà un salto da -90 mV (potenziale di riposo) a -20 mV (valore soglia) di 70 mV. Il numero di vescicole rilasciate da quella sinapsi sarà quindi 70 : 0.5, ovvero 140 vescicole. 70 mV di

Le depolarizzazioni sono dunque dovute al rilascio di circa 140 vescicole contenenti acetilcolina.

I potenziali postsinaptici eccitatori ed inibitori sono il risultato della sommazione spaziale e temporale dei segnali sinaptici. Una sola sinapsi eccitatoria per cellula muscolare è in grado di generare un potenziale postsinaptico eccitatorio dell'ampiezza di circa 60-70 mV. Questo è dovuto al fatto che vengono rilasciati sincronicamente circa 120-140 vescicole. La singola vescicola depolarizza la membrana di circa 0.5 mV, quindi tutte le vescicole creeranno una depolarizzazione sufficiente proprio di 60-70 mV.

Nelle sinapsi del Sistema nervoso centrale ogni neurone può ricevere centinaia se non migliaia di contatti sinaptici. Il singolo contatto sinaptico genera un segnale che non è maggiore del segnale in miniatura della giunzione neuromuscolare (0.5 mV). Questo è dato dal fatto che la singola sinapsi a livello del SNC rilascia solo uno o pochi quanti, portando a

Depolarizzare la cellula di massimo 1 mV. Il potenziale di riposo dei neuroni è di -70 mV, mentre il valore soglia è di -50 mV, quindi il "salto" che deve essere coperto è di circa 15 mV e quindi è richiesta la liberazione di meno vescicole da parte delle sinapsi neuronali.

Il segnale di 10-15 mV deve giungere alla trigger zone, da dove poi partirà il potenziale d'azione.

Nel SNC non è possibile che un singolo contatto sinaptico sia in grado di evocare un potenziale d'azione in trigger zone, dato che come abbiamo visto causa una depolarizzazione di circa 1 mV. È necessario dunque che esista un lavoro di coordinamento tra contatti sinaptici insieme, oppure è necessario che un contatto sinaptico possa attivarsi più e più volte (sommazione spaziale e sommazione temporale).

Nel SNC troviamo due tipi di sinapsi:

• Eccitatorie: sono sinapsi glutammatergiche, che rilasciano come neurotrasmettitore il glutammato.

ana presinaptica. Questa regione contiene numerosi recettori che rispondono alneurotrasmettitore rilasciato dalla sinapsi. Quando il neurotrasmettitore si lega a questi recettori, si apre un canale ionico che permette il passaggio di ioni sodio e calcio nella cellula postsinaptica. Questo causa una depolarizzazione della membrana e genera un potenziale postsinaptico eccitatorio. L'ampiezza di questo potenziale dipende sia dalla quantità di neurotrasmettitore rilasciato sia dal numero di recettori presenti sulla membrana postsinaptica. Le sinapsi inibitorie, invece, attivano conduttanze iperpolarizzanti di potassio o, più tipicamente, di cloro. Il cloro è un ione presente in una concentrazione extracellulare di 120 millimolare e intracellulare di 10 millimoli. Questo gradiente chimico richiama il cloro all'interno della cellula e provoca un'iperpolarizzazione della membrana. In conclusione, le sinapsi eccitatorie sono caratterizzate da vescicole sferiche distribuite in modo omogeneo nella membrana presinaptica e recettori postsinaptici nella membrana opposta. Le sinapsi inibitorie, invece, attivano conduttanze iperpolarizzanti di potassio o cloro.