Fisiologia veterinaria I

Fisiologia

Sinapsi elettrica e sinapsi chimica

Sinapsi elettrica: solo SNC, rapidità.

Sinapsi chimica: SNC, SNP, fusi neuromuscolari (placca motrice).

Come funziona la sinapsi chimica

Nel terminale presinaptico sono presenti delle vescicole che contengono una quantità fissa di mediatore (quantum). Il mediatore chimico può essere eccitatorio o inibitorio. Le vescicole sono legate all’actina del citoscheletro tramite la sinapsina. La vescicola è quindi separata dalla membrana presinaptica.

La membrana della parte presinaptica è sempre amielinica (anche se la fibra era mielinica). La membrana cellulare possiede nella parte presinaptica canali per il calcio voltaggio dipendenti. All’arrivo del potenziale d’azione, i canali si aprono, il Ca si diffonde e lega la calmodulina (proteina intracitoplasmatica) che ha effetto proteolitico sulla sinapsina, staccando così le vescicole dal citoscheletro che migrano verso il terminale presinaptico e si fondono con la membrana presinaptica (stessa natura delle membrane che quindi possono essere recuperate).

La membrana tramite esocitosi libera i mediatori recuperando le parti delle membrane delle vescicole. I mediatori si portano ai recettori altamente specifici nel terminale postsinaptico.

I mediatori legati ai recettori provocano:

1. Apertura di canali ionici (ioni diversi a seconda di sinapsi inibitoria o eccitatoria).

Può riguardare mediatori chimici eccitatori o inibitori. Consideriamo i mediatori eccitatori come l’acetilcolina che è sempre presente tra nervo del sistema nervoso e muscolo. Si trova sempre nei neuroni pre e post gangliari del parasimpatico.

L’acetilcolina si lega ai recettori modificando la permeabilità della membrana al sodio che entra. Ne entra una quantità variabile a seconda della quantità di mediatore chimico liberato, che può provocare o meno il raggiungimento del valore soglia per attivare il potenziale d’azione (nuovo potenziale d’azione).

Se il sodio non è sufficiente, si avrà solo una modificazione transitoria limitata del potenziale di membrana. Questa modificazione è detta potenziale post sinaptico eccitatorio.

Funzione dei dendriti nell’eccitazione neuronale

I dendriti si dispongono in tutte le direzioni per una distanza di 0,5/1 mm a partire dal soma. Possono sommare potenziali post sinaptici eccitatori e inibitori. Una gran parte di PPSE (potenziali post sinaptici eccitatori) si perde prima di raggiungere il soma con decremento della conduzione.

Apertura dei canali ionici

• Cationici (Na+, K+, Ca⁺⁺)
• Anionici (Cl-)

Neurotrasmettitori eccitatori (aprono i canali di Na+) e inibitori (aprono i canali di Cl- che aumentano la negatività interna).

Attivazione di un secondo messaggero

Molte funzioni del SNC richiedono variazioni prolungate dell’attività dei neuroni (come i neuroni della memoria). I canali ionici sono inadatti. Esistono diversi tipi di secondi messaggeri, quello più diffuso è la proteina G.

Questa proteina è formata da 3 subunità: alfa, beta e gamma. Le subunità beta e gamma mantengono la componente alfa 1 attaccata alla membrana. Quando la subunità alfa viene attivata:

• Attivazione canali cellulari (come effetto diretto dei mediatori chimici)
• Attivazione enzimi intracellulari che attivano elementi chimici specifici (modificazione attività cellulare)
• Trascrizione dei geni e sintesi di proteine

Meccanismo di azione dell’acetilcolina

L’acetilcolina viene liberata in risposta all’entrata di Ca⁺⁺. I canali possono chiudersi tramite l’azione del Mg⁺⁺ o di altri ioni, con minor effetto finale.

L’acetilcolina si lega ai recettori della parte postsinaptica generando un potenziale d’azione o un potenziale di placca nei muscoli. L’acetilcolina viene rapidamente disattivata dall’acetilcolinesterasi, dopo aver raggiunto l’effetto.

Potenziale di placca in miniatura

A livello di placca neuromuscolare a volte si rompono vescicole senza l’arrivo di un potenziale d’azione: piccole quantità di mediatore chimico modificheranno leggermente il potenziale di membrana della parte postsinaptica anche solo di 0,2 mV. In seguito la membrana torna alla condizione di riposo.

Questi potenziali di placca in miniatura sono sempre uguali (0,2 mV) perché la quantità di mediatore nelle vescicole è sempre uguale. A volte capita, sempre casualmente, che si rompano contemporaneamente due vescicole e in questo caso il potenziale sarà di 0,4 mV.

Questi potenziali di placca in miniatura sono importanti per mantenere eccitata la membrana e mantenerla pronta per la risposta a un reale potenziale d’azione.

Da cosa dipende la quantità di calcio che entra nella parte presinaptica?

Dipende dal numero di potenziali d’azione che arrivano in tempi ravvicinati affinché i potenziali si sommino (1 ogni 2 ms circa). Se i potenziali sono più distanti si avranno tanti effetti separati.

Sommazione temporale: potenziali che si susseguono in tempi ravvicinati.

Sommazione spaziale: avviene quando su un terminale postsinaptico agiscono due parti presinaptiche che se agiscono contemporaneamente raddoppiano l’effetto. Potenziali post sinaptici eccitatori e inibitori possono sommarsi tra loro annullando l’effetto.

1. Inibizione presinaptica: viene allontanato il potenziale di membrana dal potenziale soglia. Sono presenti due bottoni terminali, uno eccitatorio e uno inibitorio. Il terminale inibitorio arriva direttamente su quello eccitatorio. Il mediatore inibitorio diminuisce il potenziale rendendolo più negativo. Il neurone eccitatorio libera molto meno mediatore con conseguente effetto minore sulla parte postsinaptica.
2. Inibizione postsinaptica: è legata al fatto che il mediatore apre i canali del potassio o del cloro che fanno aumentare la negatività interna postsinaptica inibitoria (PPSI), rende più difficile la stimolazione.

Quali modalità usa il recettore per eccitare la membrana postsinaptica?

1. Apertura dei canali del sodio
2. Depressione della conduzione attraverso i canali del potassio e del cloro (entrano ed escono con maggior difficoltà elevando così il potenziale di membrana).
3. Aumento numero di recettori eccitatori

Proprietà delle sinapsi

• Trasmissione unidirezionale dell’impulso
• Ritardo sinaptico: 0,5 ms è il tempo che impiega il neurotrasmettitore per percorrere lo spazio intersinaptico (300 Å). Una fibra nervosa Aα invece in 0,5 ms percorre 0,5 mm: rallentamento delle sinapsi.
• Amplificazione del messaggio: le cellule amplificano il segnale (divergenza del segnale)
• Integrazione del messaggio: sommazione spaziale e temporale.
• Vulnerabilità: le sinapsi sono sensibili agli anestetici, al freddo, alle ischemie (riduzione apporto ematico), alla caffeina, alla stricnina, ecc.
• Affaticamento: il terminale presinaptico se eccessivamente sollecitato non è più in grado di produrre e trasferire l’evento alla parte postsinaptica.
• Inibizione

Inibizione senza generazione del PPSI: corto circuito della membrana

In alcuni casi la differenza di concentrazione degli ioni cloro tra i due lati della membrana è tale che il potenziale di Nernst per questo ione è pari al potenziale di riposo. Lo ione cloro infatti nella membrana a riposo è in equilibrio perché K = -70 mV come il potenziale di membrana.

Quando si aprono canali inibitori non si genera quindi un flusso netto di ioni cloro. Quando si attivano sinapsi eccitatorie ed entrano ioni Na+, si genera un PPSE molto minore perché l’entrata del sodio è parzialmente annullata dall’entrata degli ioni Cl-.

Infatti, l’ingresso di sodio allontana il potenziale di membrana dal valore del potenziale di Nernst per il cloro e si verifica un flusso di ioni cloro verso l’interno che tende ad annullare l’elettropositività indotta dal sodio.

Perciò, la quantità di ioni sodio richiesta per determinare eccitazione è da 5 a 20 volte maggiore di quella consueta.

Recettore

Struttura specializzata che risponde a stimoli ambientali, esogeni ed endogeni. Trasforma vari tipi di energia in impulsi nervosi. Lo stimolo adeguato è una variazione ambientale che con una minima incidenza energetica, genera l’impulso del recettore.

Recettori per l’acetilcolina

Possono essere attivati anche dalla succinilcoA e dalla nicotina, con un effetto acetilcolina simile: in questo caso si verifica il blocco del legame con l’acetilcolina. Una sostanza che blocca il legame dell’acetilcolina con i recettori è il curaro che impedisce la trasmissione neuromuscolare, paralisi muscolare che se arriva al diaframma provoca la morte.

Elevate concentrazioni di Ca⁺⁺ riducono la produzione di recettori. Agiscono come il curaro anche autoanticorpi contro l’acetilcolina. Nicotinici: sensibili alla nicotina, interessano solo placche neuromuscolari (muscolo scheletrico).

Recettori acetilcolinici

Agonisti (stesso effetto acetilcolina): Ach, nicotina.

Antagonisti: curaro (paralisi).

Muscarinici: (cuore e muscolatura liscia).

Agonisti: Ach e muscarina (veleno fungo).

Antagonisti: atropina, dalla pianta alcaloide belladonna che inibisce il legame acetilcolina-recettore su cuore e muscolo liscio.

Sintesi e degradazione dell’acetilcolina

L’acetilcolina è prodotta da acetilcoA (colina acetilasi) nel terminale presinaptico da aceto acetico e colina. Viene degradata dall’acetilcolina esterasi che la divide in acetato e in colina. L’acetilcolina esterasi è presente anche nel sangue per evitare che l’acetilcolina entri in circolo.

La colina viene reintrodotta nel terminale presinaptico, l’acetato invece viene perso.

Le catecolamine

Adrenalina (o epinefrina) e noradrenalina (o norepinefrina). Si legano a due classi di recettori α (α1 e α2) e β, detti a serpentina. Il legame dei mediatori non è univoco ma ha effetti diversi.

Effetti:

1. Apertura canali del calcio
2. Secondo messaggero

Le catecolamine vengono disattivate da due enzimi:

• COMT (catecol-o-metil-transferasi)
• MAO (mono aminossidasi)

Le catecolamine sono mediatori molto piccoli che derivano dall’AA tirosina. La tirosina deriva a sua volta dalla fenilalanina. Fenilalanina → tirosina → dopa → dopamina → noradrenalina → adrenalina.

Adrenalina e noradrenalina vengono prodotte anche dalla midollare del surrene.

Hanno molteplici effetti metabolici, importanti per meccanismi di risposta allo stress. La produzione di adrenalina e noradrenalina è più lenta della produzione di acetilcolina (che ha bisogno di un solo mediatore).

Neurotrasmettitori

• A basso peso molecolare, ad azione rapida (acetilcolina, catecolamine)
• Neuropeptidi ad alto peso molecolare ad azione lenta (coscienza, memoria, ecc.)

Neuropeptidi

Sintesi sui ribosomi del soma neuronale, sono fino a 1000 volte più potenti dei mediatori rapidi e quindi vengono liberati in misura minore. Provocano effetti più duraturi (anche anni) rispetto ai neurotrasmettitori a basso peso molecolare.

Criteri affinché una sostanza possa essere definita neurotrasmettitore

• Prodotta dal neurone
• Rilasciata in seguito a depolarizzazione
• Inattivata dopo il rilascio
• Presente a livello sinaptico
• Agisce a livello postsinaptico
• Applicata direttamente a livello postsinaptico produce gli stessi effetti

Neurotrasmettitori a basso peso molecolare

Classe 1

Acetilcolina

Classe 2

Catecolamine (adrenalina, noradrenalina e dopamina)

Serotonina (vasocostrizione)

Istamina (vasodilatazione)

Classe 3

Amminoacidi

• Eccitatori
  • Aspartato
  • Glutammato
• Inibitorio: acido γ aminobutirrico (GABA)
  • Glicina

Classe 4

Ossido nitrico (NO): molto importante.

Neuropeptidi ad alto peso molecolare

Alcuni hanno anche funzione ormonale.

• Peptidi ipotalamici
  • TRH (tiropropina)
  • LHRH (luteinizzante)
  • Somatostatina (inibisce la sintesi del GH)
• Peptidi ipofisari: ACTH (adenocorticotropo)
  • β endorfina
  • α MSH
  • Prolattina
  • LH
  • TSH
  • GH
  • Vasopressina: prodotti a livello ipotalamico ma immagazzinati in neuroipofisi
  • Ossitocina
• Peptidi dell’apparato gastrointestinale
  • Gastrina
  • VIP
  • Insulina
  • Glucagone
• Altri peptidi
  • Bradichinina, carnosina, peptidi del sonno, calcitonina.

Rimozione neurotrasmettitori della sinapsi

• Diffusione nei tessuti circostanti
• Inattivazione enzimatica
• Recupero

Sangue

La cellula per svolgere le sue funzioni deve trovarsi in un fluido (liquido interstiziale). Gli organismi unicellulari sono a diretto contatto con l’ambiente in cui vivono (acqua). Negli organismi superiori invece le cellule dei tessuti sono immerse nel liquido interstiziale.

La composizione del liquido interstiziale viene mantenuta costante eliminando i prodotti del catabolismo cellulare e scambiando ossigeno e i fattori nutritizi. Nei mammiferi la funzione di scambio tra liquido interstiziale ed ambiente esterno è svolta dal sangue.

Il sangue è un tessuto con sostanza intercellulare liquida, il plasma, e con una componente cellulare/corpuscolata costituita da globuli rossi, globuli bianchi (5 categorie) e piastrine.

Funzioni del sangue

1. Trasporto di sostanze chimiche di varia natura (sostanze nutritizie, gas respiratori cioè O₂ e CO₂ e ormoni).
2. Allontanamento delle scorie cataboliche (eliminate poi da fegato e reni)
3. Regolazione termica (se la temperatura esterna è bassa il sangue si concentra nei distretti centrali del corpo cioè nella milza, viceversa se l’ambiente esterno è caldo).
4. Funzione immunitaria (globuli bianchi e γ globuline, quest’ultime hanno funzione anticorpale e sono proteine anfotere cioè la loro acidità/alcalinità varia col pH)
5. Regolazione del pH: proteine anfotere.
6. Regolazione equilibrio salino (acqua). Assunzione dell’acqua tramite apparato gastroenterico ed eliminazione attraverso urina, sudore, feci, respirazione, lacrime, saliva.

Volemia

Volemia è uguale a volume del sangue (non dire volemia del sangue!).

È pari a circa il 7% del peso corporeo. Quando è normale si parla di normovolemia, quando è superiore di ipervolemia, quando inferiore di ipovolemia. Il peso specifico è di circa 1.05 volte rispetto all’acqua che quindi è 1. Il peso specifico può crescere se aumentano le parti corpuscolate del sangue.

Viscosità o indice della resistenza al flusso

Questa proprietà è influenzata principalmente da proteine plasmatiche e da globuli rossi. Maggiore è la viscosità maggiore è la resistenza al flusso e più alto sarà lo sforzo del cuore. La viscosità del sangue è 4-5 volte maggiore quella dell’acqua. La viscosità del plasma invece è circa il doppio rispetto a quella dell’acqua.

pH

Mantenuto a 7,3/7,4.

Composizione del sangue

Un campione di sangue centrifugato con anticoagulanti presenta:

• 55% colore giallo chiaro. Rappresenta il sopranatante. Il colore del plasma può fornire indicazioni su eventuali patologie o anomalie. Ad esempio un giallo torbido indica un eccesso di composti lipidici (siero lipemico) mentre un giallo/arancione/rosso indica che alcuni o molti globuli rossi a seguito dell’emolisi si sono mischiati al plasma: quest’ultimo riferimento può indicare una patologia epatica o un prelievo eseguito male. In questo caso più il sopranatante sarà rosso, più il sottonatante sarà scarso (perché i globuli rossi sono andati incontro a emolisi).
• 45% ematocrito: parte corpuscolata del plasma (sottonatante), eritrociti.
• 1% leucociti.

In caso di disidratazione l’ematocrito può diminuire considerevolmente. In uno sforzo prolungato i liquidi vengono espulsi tramite la sudorazione e il plasma si riduce (l’ematocrito in questi casi può arrivare al 60% e oltre). Un cane che ha perso sangue in seguito a un trauma avrà lo stesso ematocrito mentre un cane disidratato avrà un ematocrito più elevato.

Ad esempio il cane che dal 7% di volemia passa a 5%, i giorni seguenti il trauma se viene reidratato avrà prima un ematocrito inferiore ai valori normali poiché il plasma si forma più velocemente rispetto alla parte corpuscolata. In seguito dopo un’ulteriore analisi si verificherà che l’ematocrito sia tornato ai valori normali.

Di norma quindi la variazione del valore ematocrito è più probabilmente a carico di una variazione del plasma che della sostanza corpuscolata. Il valore ematocrito è caratteristico per ogni specie.

Differenza tra plasma e siero

PLASMA: il plasma è ottenuto centrifugando un campione di sangue con sostanza anticoagulante. Il plasma conterrà tutte le proteine plasmatiche più quelle anticoagulanti.

SIERO: è ottenuto tramite coagulazione naturale del sangue in provetta. Si avrà retrazione del coagulo e la parte sopranatante avrà le stesse caratteristiche del plasma senza però le proteine anticoagulanti e anche quelle coagulanti che hanno formato il coagulo.

Composizione del plasma

• 90% acqua
• 10%
  • 6-7% proteine plasmatiche
  • <1% sostanze inorganiche
  • Sostanze organiche (glucosio, amminoacidi, ecc.)
  • Gas respiratori (CO₂ e O₂)

Proteine plasmatiche

Formate da lunghe catene di amminoacidi legate tramite legami peptidici.

Elettroforesi delle proteine plasmatiche: è un metodo quali e quantitativo che permette di classificare le proteine. Le proteine plasmatiche sono una classe disomogenea e sono proteine anfotere (cioè le loro cariche variano in rapporto al pH). Ogni proteina ha un suo valore isoelettrico,