Fisiologia umana I - potenziali di membrana

SINAPSI

Sebbene la maggior parte delle sinapsi facciano uso di neurotrasmettitori alcune, in numero limitato, funzionano con meccanismi puramente elettrici.

I due tipi di sinapsi, elettriche e chimiche, differiscono sostanzialmente, anche da un punto di vista morfologico.

Nella sinapsi elettrica due cellule eccitabili comunicano per passaggio diretto di corrente elettrica. Questo tipo di trasmissione è chiamata trasmissione efaptica o elettrotonica.

Le cellule accoppiate elettricamente sono fra di loro unite da:

• giunzioni comunicanti (gap junctions), ritenute vie di bassa resistenza per le correnti che fluiscono direttamente fra una cellula e l'altra.

In genere, le cellule eccitabili trasmettono le informazioni attraverso le sinapsi chimiche perché sono più adatte per la complessa modulazione dell'attività sinaptica e per l'integrazione che ha luogo nelle sinapsi del sistema nervoso centrale.

SINAPSI ELETTRICHE

In una sinapsi elettrica la variazione

sinapsi assosomatiche (fra un assone e il corpo cellulare)3. sinapsi asso

sinapsi assomatiche (fra un assone e un soma)

sinapsi assoassoniche (fra due assoni)

sinapsi dendrodendritiche (fra due dendriti)

Le sinapsi chimiche hanno tale nome perché le cellule, separate da uno spazio (detto spaziosinaptico, o vallo sinaptico, o fessura sinaptica), "comunicano" tramite la liberazione di una sostanza chimica detta trasmettitore chimico o neurotrasmettitore.

Le strutture che compongono una sinapsi chimica sono tre:

• bottone terminale del neurone presinaptico;
• fessura sinaptica;
• membrana plasmatica del neurone postsinaptico.

Nelle sinapsi chimiche è osservabile un ritardo sinaptico, dovuto principalmente al tempo necessario per la liberazione del neurotrasmettitore dal terminale presinaptico.

Nelle vie polisinaptiche, il ritardo sinaptico rende conto di una frazione significativa del tempo totale di conduzione della via.

A livello delle sinapsi chimiche il trasmettitore liberato dal neurone presinaptico modifica la conduttanza della membrana.

postsinaptica per uno o più ioni. La variazione della conduttanza della membrana postsinaptica ad uno o più ioni che non siano in equilibrio ai due lati della membrana provoca un flusso ionico che induce un cambiamento del potenziale di membrana della cellula postsinaptica. Nella maggior parte dei casi studiati i trasmettitori esercitano il loro effetto aumentando la conduttanza della membrana postsinaptica ad uno o più ioni ma alcuni trasmettitori agiscono riducendo la conduttanza postsinaptica a ioni specifici. La regione della membrana del neurone postsinaptico che stabilisce un contatto sinaptico è maggiormente sensibile all'azione di sostanze chimiche piuttosto che a variazioni del voltaggio del potenziale elettrico. Le variazioni del potenziale di membrana (sia depolarizzazione che iperpolarizzazione) che si verificano a livello di una sinapsi vengono condotte elettrotonicamente lungo la membrana del neurone postsinaptico fino alla regione del cono diemergenza - segmento iniziale dell'assone. Questa regione possiede una soglia di eccitabilità più bassa di quella della restante parte del neurone (un numero maggiore di canali per il sodio voltaggio dipendenti) ed è in tale regione che insorge il potenziale d'azione. Le sinapsi chimiche si dividono in sinapsi tra cellule nervose (molto complesse e polifunzionali) e sinapsi tra cellula nervosa e cellula muscolare. Quest'ultima è detta giunzione neuromuscolare. La giunzione neuromuscolare, la prima sinapsi dei vertebrati ad essere ben caratterizzata, serve come modello generale delle sinapsi chimiche e fornisce le basi per comprendere le interazioni sinaptiche più complesse che intercorrono fra i neuroni del S.n.c.

GIUNZIONE NEUROMUSCOLARE

La sinapsi che gli assoni dei motoneuroni stabiliscono con le fibre muscolari scheletriche vengono chiamate giunzioni neuromuscolari o mioneurali. In prossimità della giunzione neuromuscolare la fibra

motrice perde il suo rivestimento di mielina e si divide in sottili ramificazioni terminali. Esse sono alloggiate sul sarcolemma (membrana dellacellula muscolare) in una struttura simile ad una doccia (doccia sinaptica). Il punto in cui il terminale assonico presinaptico e la cellula muscolare vengono a contatto, separate "placca sinaptica", riempito di materiale amorfo ricco di carboidrati, è detto motrice. I terminali assonici presinaptici contengono molte vescicole (vescicole sinaptiche), a superficie acetilcolinaliscia, all'interno delle quali si trova l'acetilcolina, il neurotrasmettitore impiegato dai motoneuroni spinali. Le vescicole sinaptiche dei terminali nervosi e i siti specializzati di rilascio del mediatore (zone attive) della membrana pregiunzionale sono concentrati in corrispondenza delle aperture delle pliche giunzionali. Il potenziale d'azione si propaga lungo la fibra motrice fino al terminale presinaptico. La depolarizzazione della

membrana plasmatica del terminale presinaptico provoca la apertura transitoria di canali del calcio. Gli ioni calcio entrano nel terminale seguendo il loro gradiente di potenziale elettrochimico. L'ingresso del Ca favorisce la fusione delle vescicole sinaptiche con la membrana plasmatica e lo svuotamento, per esocitosi, del contenuto di acetilcolina nello spazio sinaptico. L'acetilcolina diffonde nello spazio sinaptico e si lega a recettori proteici specifici situati sulla superficie esterna della membrana del sarcolemma della placca motrice. Le molecole recettrici per l'acetilcolina presenti nel sarcolemma sono concentrate in prossimità delle aperture delle pliche giunzionali mentre l'acetilcolinesterasi (enzima che degrada e quindi disattiva l'Ach) sembra essere distribuita in modo diffuso sulla superficie esterna del sarcolemma. Il legame fra acetilcolina e il suo recettore provoca un aumento transitorio della permeabilità aspecifica della membrana.

del sarcolemma agli ioni sodio e potassio.
La depolarizzazione delle correnti ioniche (movimento di Na+ e K+) ha come effetto una depolarizzazione transitoria della membrana nella regione della placca; il valore di tale depolarizzazione prende il nome di potenziale di placca o EPP (potenziale di placca end-plate).
Il potenziale di placca è transitorio perché l'acetilcolina viene idrolizzata in maniera piuttosto rapida in acetilcolina e acetato. L'idrolisi è catalizzata dall'enzima acetilcolinesterasi, presente in notevole quantità sulla membrana postgiunzionale.
Se l'intensità dell'EPP è tale da raggiungere la soglia di eccitabilità, allora nasce il potenziale d'azione che si propaga rapidamente lungo la fibra muscolare dando inizio a una serie di eventi che comportano la contrazione muscolare.
Piccole depolarizzazioni spontanee del sarcolemma sono osservabili anche quando il motoneurone non viene stimolato. Tali depolarizzazioni sono note come potenziali

di placca in miniatura o MEPP ed avvengono inmaniera casuale, alla frequenza di circa 1/sec; ognuna di esse depolarizza la membrana di soli 0.4mV, e sono prodotti dalla liberazione spontanea di neurotrasmettitore nel vallo sinaptico.

Il potenziale di placca in miniatura ha lo stesso decorso temporale del potenziale di placcaprodotto dalla depolarizzazione del terminale nervoso ( EPP ).

Sia EPP che MEPP sono prolungati per l'applicazione di farmaci inibitori dell'acetilcolinesterasi evengono depressi in modo simile da composti che competono con l'acetilcolina per i legami con irecettori della membrana postsinaptica.

Anche nella giunzione neuromuscolare la regione postgiunzionale opostsinaptica ) non è in grado di generare un potenziale d'azione, pertanto ladepolarizzazione si propaga per conduzione elettrotonica alle regioni limitrofedel sarcolemma, e se essa è di intensità tale da raggiungere la soglia dieccitabilità, allora nasce il

Potenziale d'azione che si propaga rapidamente lungo la fibra muscolare dando inizio ad una serie di eventi che comportano la contrazione muscolare.

MECCANISMO DI CONTRAZIONE DA UN PUNTO DI VISTA BIOCHIMICO

Il rilascio di ioni calcio da parte del reticolo sarcoplasmatico liscio comporta l'innesco di quella che è la contrazione muscolare. Il Ca++ rilasciato in seguito a stimolo nervoso comporta un cambiamento conformazionale della troponina c (avente alta affinità per il calcio) la quale è legata alla troponina I (che inibisce il legame tra miosina e actina), questo legame comporta un cambiamento conformazionale della troponina I e consente il legame tra testa della miosina e filamento sottile di actina. Il meccanismo di contrazione viene descritto quando il sarcomero è accorciato quindi nel cadavere nello stato di rigor mortis. Per far rilassare i sarcomeri è necessaria ATP perché nello stato di rigor mortis non c'è più.

di miosina e il filamento di actina. Questo legame tra la testa della miosina e il filamento di actina provoca la contrazione muscolare. Durante la contrazione muscolare, la testa della miosina si piega verso il centro del sarcomero, trascinando il filamento di actina verso il centro del sarcomero. Questo processo avviene in modo coordinato in tutte le miofibrille del muscolo, permettendo il movimento del muscolo stesso.