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dipende se i dendriti hanno o meno delle spine. I tipi di neuroni che esistono sono

numerosi:

- Neuroni sensitivi primari (fanno sinapsi con la superficie sensoriale del corpo, la

pelle), i motoneuroni (sinapsi con i muscoli) o interneuroni (sinapsi con altre

cellule)

- Neuroni del I tipo del Golgi che attraversano tutto il cervello con l’assone,

mentre i neuroni del II tipo del Golgi hanno assoni che percorrono poca distanza

oltre il soma

- Neuroni colinergici sono i motoneuroni che come neurotrasmettitore inviano

acetilcolina, studi recenti classificano i neuroni in base alla loro chimica.

CELLULE GLIALI

Un'altra componente del cervello importantissima è dato dalle cellule gliali (forse sono

importanti per l’analisi dell’informazione) ma per ora sappiamo che supporta l’attività

dei neuroni.

Le cellule gliali più numerose sono gli ASTROCITI che riempiono lo spazio tra neuroni e

sono in grado di influenzare la crescita o la degenerazione del neurite. Il ruolo di

queste cellule è regolare il contenuto chimico dello spazio extracellulare (dove sono

immersi i neuroni). Avvolgono le zone sinaptiche permettendo una diffusione

localizzata e limitata dei neurotrasmettitori e a volte grazie a delle proteine di

membrana ne eliminano alcuni e le membrane di queste cellule hanno recettori che

captano i neurotrasmettitori (che quindi invieranno impulso elettrico all’astrocita).

Altri tipi di cellule gliali sono gli oligodendroglia (solo nel SNC e mielinizza più assoni) e

le cellule di Schwann (SNP e mielinizza solo un assone) che avvolgono l’assone e

formano quindi l’involucro di MIELINA che avvolge l’assone, questo avvolgimento è

detto GUAINA MIELINICA che a volte si interrompe formando i NODI DI RANVIER.

Ci sono anche altre cellule oltre a quelle nervose e le importanti cellule gliali, per

esempio le CELLULE EPANDIMALI che rivestono i ventricoli che sono pieni di fluido e

dirigono la migrazione cellulare durante lo sviluppo oppure le MICROGLIA che

fagocitano neuroni o cellule gliali morti. Oltre al complesso cellulare c’è il sistema

vascolare (arterie, vene e capillari).

KANDEL

CANALI IONICI

L’inizio dei messaggi nervosi è da ricercare in un cambiamento della differenza di

potenziale alle due estremità della membrana. Una cellula sensoriale in risposta a

stimoli cambia il potenziale di membrana e di seguito il segnale si propaga, il

POTENZIALE D’AZIONE. La propagazione del potenziale di membrana è compito dei

canali ionici (specifiche proteine integrali di membrana), questi canali ionici esistono in

tutte le cellule del corpo ma in quelle nervose sono altamente specializzati e sono di

diversi tipi. Modifiche dei canali ionici determina la comparse di patologie o

neuropatologie.

Il canale ionico ha tre proprietà peculiari: permette a ioni di passare, è selettivo nei

confronti degli ioni e ha la capacità (importantissima) di aprirsi e chiudersi in risposta a

segnali. I canali ionici dei neuroni permettono al flusso di corrente una conduttanza

altissima (10⁸ ioni al secondo), che permette la variazione della differenza di

potenziale e quindi la diffusione del potenziale d’azione. Questi canali ionici sono

selettivi e ognuno permette il passaggio a uno o pochi ioni (il potenziale di membrana

della cellula nervosa a riposo è garantito da canali ionici SOLO per K+). Nel potenziale

d’azione invece si aprono i canali per Na+. I canali sono controllati (apertura/chiusura)

da stimoli diversi (uno per canale): canali voltaggio dipendenti (regolati da variazione

del potenziale elettrico), canali dipendenti da ligandi (regolati da neurotrasmettitore

nel recettore) e canali dipendenti da forze meccaniche (regolati da pressione).

Esistono anche canali non regolati che nella cellula a riposo sono sempre aperti (canali

passivi).

La membrana plasmatica (tutte pure quella del neurone) è composta da un mix di

lipidi e proteine e la matrice sopra la membrana è una serie ulteriore di lipidi. Alcune

delle proteine sono transmembrana e tra questi possono esistere i canali ionici. I lipidi

di membrana sono idrofobici gli ioni invece idrofilici. La buona interazione con l’acqua

è dovuta al fatto che la molecola di acqua ha cariche mal distribuite (O- e i 2H+), i

cationi (ioni carichi positivamente) sono attratti da O-, gli anioni (ioni carichi

negativamente) sono attratti da H+. Perché uno ione entri nel doppio strato lipidico ha

bisogno di molta energia per eliminare le molecole di acqua che lo circondano, dato

che la membrana è impermeabile e non permette il passaggio degli ioni, solamente

nei passaggi ionici è possibile che questi passino. Come mai un canale ionico è così

selettivo? Bisogna notare che dato che lo ione resta sempre circondato da molecole di

acqua, la sua dimensione non è data dalla dimensione effettiva dello ione ma da la sua

grandezza associata alle molecole di acqua (acqua di idratazione) che lo attorniano

(piccolo ione, carica localizzata, campo magnetico molto forte, molte molecole di

acqua). Solitamente gli ioni più piccoli, quindi, hanno un grande campo magnetico e le

dimensione finale è maggiore, ioni piccoli in ultima analisi hanno dimensione maggiore

degli ioni grandi. Questo spiega come mai ioni grandi (poca acqua) passano a dispetto

di ioni piccoli (tanta acqua), ma come mai quando si apre un canale ionico per Na+

(ione piccolo quindi grande) non passano pure gli ioni più piccoli? Probabilmente,

secondo Hille, nel canale ionico esiste una strettoia che funge da selettore molecolare,

in prossimità di questa strettoia gli ioni si separano dai legami che li legano all’acqua e

formano legami deboli con residui di catene amminoacidiche polari (negative dato che

Na+ è positivo). Questa separazione dalle molecole di acqua forma una reazione

sfavorita energeticamente per questo motivo l’energia deve essere rilevata in altro

modo (dal legame favorito energeticamente ione-catena aminoacidica). Dopo i legami

deboli con le catene laterali lo ione viene sospinto fuori. La selezione con le catene

laterali è regolata dall’interazione elettrostatica regolata da Coulomb (distanza tra ione

e catena amminoacidica), Na+ è uno ione piccolo e quindi si lega molto meglio al sito

di legame e quindi ha una bassa variazione di energia libera che non compensa con la

perdita dell’acqua dello ione Na+.. Per esempio a K+ che tiene l’acqua legate

debolmente basta un sito di legame a basso campo per potersi liberare dall’H2O.

quindi la selettività di un canale ionico è data dalla grandezza di questo e dal campo

magnetico in grado di liberare energia.

L’intensità della corrente di un singolo canale ionico veniva calcolato mediante la

legge di Ohm (I=V/R) (resistenza), però solitamente di un canale ionico si calcola la

conduttanza (opposto della resistenza). I canali ionici sono stati anche studiati

attraverso l’esperimento di Patch Clamp (elettrodo a stretto contatto con fibra

muscolare di rana e con dentro ioni, in seguito applicando voltaggi si possono

registrare conduttanza e la durata del flusso di corrente).

Solitamente il flusso degli ioni attraverso i canali ionici avviene tramite TRASPORTO

PASSIVO, ovvero non richiede energia alla cellula perché dipendono da forze

elettrostatiche e diffusione. Solamente la selezione degli ione è effettuata dal canale.

Il MOVIMENTO degli ioni è dato dalla flusso di corrente che passa attraverso il canale in

risposta ad una forza motrice elettrochimica (che a sua volta è data dalla differenza di

potenziale tra i due lati della membrana e dal gradiente di concetrazione).

Sostanzialmente esistono due tipi di canali: ohmico, dove il canale è semplice

resistenza e dove la conduttanza è lineare alla differenza di potenziale e il canale

rettificante dove la conduttanza è migliore solo con alcuni valori di V.

La VELOCITÀ degli ioni dipende dalla concentrazione degli ioni nella soluzione

circostante: con bassa concentrazione il flusso è lento e aumenta all’aumentare della

concetrazione, con un’alta concentrazione il flusso è veloce e molto presto raggiunge

la saturazione, ovvero il momento nel quale il flusso cessa a causa di una troppo

elevata concentrazione.

Questa teoria conferma l’ipotesi che il flusso dipende anche dal legame ione-canale:

infatti dipende da questi per la capacità di dissociazione (dovuta alla solidità del

legame) tra lo ione e il canale. La COSTANTE di DISSOCIAZIONE è la concetrazione di

ione nei soluti circostanti che permette un flusso esattamente la metà del flusso

massimo. Il flusso a volte può venire bloccato da grosse particelle, ioni o molecole.

CANALI AD ACCESSO VARIABILE

Sono canali che possono assumere due o più configurazioni stabili: non è ben chiaro

perchè avvenga una variazione della configurazione si sa solamente che quando

cambia la struttura alcune catene amminoacidiche polari vengono ad esporsi nel lume

che cambia conformazioni e grandezza. Per fare questo però è necessaria dell’energia.

I canali ad accesso variabile sono attivati da diversi fattori:

- Da ligandi (molecole substrato attivatrici). Quando il substrato si lega c’è una

variazione di energia libera che permette il cambio della configurazione.

- Da fosforilazione o defosforilazione

- Da variazione del potenziale di membrana (canali voltaggio-dipendenti). In

questi l’energia è data dal contatto tra il campo elettrico della membrana e la

zona polare del canale.

- Meccanici (stiramento o flessione), l’energia è data dal movimento stesso

effettuato dal citoscheletro.

Questi fattori permettono al canale tre configurazioni: aperto, chiuso e attivabile,

chiuso e non attivabile (stato refrattario).

Nei canali a controllo di ligando lo stato refrattario avviene quando c’è un lungo

contatto con lo stesso ligando (fenomeno della DESENSITIZZAZIONE) oppure quando

una molecola o sostanze occupano il posto del ligando (definitivamente o

temporaneamente) oppure quando una sostanza occupa un altro sito di legame che

influenza il ligando.

Nei canali voltaggio dipendente lo stato refrattario avviene solitamente dopo ogni

apertura e viene anche chiamato INATTIVAZIONE e può tornare in uso solo quando il

potenziale di membrana torna ai valori normali (per quanto riguarda il Na+ ci sono

speciali enzimi porteolitici che inattivano il canale mentre nel Ca2+ è lo stesso ione

che ponendosi in un sito di legame all’interno della membrana rende inattivo il

canale).

È stato possibile analizzare bene i canali ionici con le moderne tecnologie: il canale

ionico è composto da una glicoproteina (ovvero una proteina collegata ad un gruppo di

carboidrati in superficie). Questa proteina all’interno è composta da varie subunità

(solitamente eliche α) che formano il canale e poi subunità laterali che influenzano il

canale stesso. La proteina transmembrana più conosciuta è la BATTERIORODOPSINA.

POTENZIALE DI MEMBRANA

Informazione nei neuroni è data da segnali elettrici e segnali chimici.

I segnali elettrici consistono in momentanee variazioni del flusso di corrente e del

voltaggio ai capi della membrana, questi segnali sono regolati dai canali ionici.

I canali ionici si dividono in passivi e attivi: quelli passivi non sempre aperti e la

variazione del potenziale di membrana e solitamente hanno il compito di mantenere

costante il potenziale di riposo (potenziale della membrana in assenza di segnale

elettrico), i canali attivi invece sono prevalentemente chiusi in assenza di segnale

elettrico e si aprono con questo grazie a fattori come ligandi (neurotrasmettitori), con

forze meccaniche e con la variazione del potenziale stesso.

Il POTENZIALE DI MEMBRANA A RIPOSO è la differenza di potenziale ai lati della

membrana in assenza di segnale elettrico e nasce nel momento in cui cariche

elettriche diverse si dispongono ai lati di un materiale isolante, come la membrana

plasmatica. Nelle cellule solitamente all’esterno vi è un potenziale positivo mentre

all’interno il potenziale è negativo.

Il potenziale di membrana è dato dal voltaggio esterno sottratto a quello interno

Vm = Vi – Ve (per convenzione Ve è sempre 0) quindi Vm = Vi = -65/70 milliVolt (mV)

Per convenzione si calcola che il flusso di ioni positivi è il flusso della corrente mentre

quello degli ioni negativi è il flusso controcorrente.

Quando gli ioni si spostano da un lato all’altro della membrana cambia la

polarizzazione della membrana:

- DEPOLARIZZAZIONE (superficie intracellulare meno negativa) ATTIVA

- IPERPOLARIZZAZIONE (superficie intracellulare più negativa) PASSIVA

- POTENZIALI ELETTROTECNICI (depolarizzazione non sufficiente ad aprire i canali

ionici voltaggio-dipendenti) PASSIVA

Quando una depolarizzazione raggiunge un VALORE SOGLIA che apre i canali

voltaggi-dipendenti e di conseguenza innesca il potenziale d’azione.

Nella cellula a riposo (in assenza di segnale elettrico) la cellula avrà concentrazioni

differenti di ioni all’esterno e all’interno della cellula: all’esterno ci sono vaste

concentrazioni di Na+ e Cl-, mentre all’interno ci sono più concentrazioni di K+ e A-

(anioni inorganici, composti da proteine e aminoacidi). Queste concentrazioni non sono

omogenee (non ci sono solo K+ dentro e solo Na+ fuori) e generalmente la

concentrazione degli ioni si studia sull’assone gigante del calamaro.

Per studiare il potenziale d’azione si appone una pipetta a stretto contatto con la

membrana con all’interno soluzioni saline. Nella pipetta viene posto pure un

microelettrodo collegato ad un'altra piepetta e ad un oscilloscopio che permette di

osservare la differenza di potenziale (quando i due elettrodi sono entrambi nel liquido

extracellulare allora la differenza è zero, quando invece uno è apposto sulla membrana

ci sarà differenza).

POTENZIALE DI MEMBRANA A RIPOSO NELLE CELLULE GLIALI

In queste cellule il potenziale di membrana a riposo è -75 mV. La particolarità di

queste cellule è che sono permeabili solo aglio ioni K+, ovvero ci sono canali passivi

solo per questi ioni che solitamente sono in concentrazioni molto maggiori all’interno

della cellula.

Dato il loro gradiente di concentrazione, questi ioni tenderanno a defluire all’esterno

della cellula (dove sono presenti ioni K+ in minore quantità), questo deflusso però non

è perenne perché ad un certo punto il potenziale della membrana cambia e diventa

negativo all’interno (con meno K+ rispetto agli A-) e positivo all’esterno (con Na+, K+

e Cl-) e quindi secondo le leggi dell’elettrostatica le cariche negative all’interno

attraggono K+ e le cariche abbondanti positive all’esterno respingono K+.

Quindi c’è un preciso stato di equilibrio dove K+ che defluisce all’esterno è

controbilanciato dalle cariche positive che lo respingono, questo stato di equilibrio è

detto POTENZIALE DI MEMBRANA A RIPOSO, che nella cellula gliale corrisponde a -75

mV.

È possibile calcolare il potenziale di equilibrio di ogni ione con l’EQUAZIONE DI NERNST

(chimico fisico tedesco).

- Scrivere qui equazione di Nernst

Dove R è la costante dei gas, T è la temperatura, z è la valenza dello ione e F è la

costante di Faraday

RT/F se la temperatura media è 25°C corrisponde a 25 mV che diventa 58 mV se si

aggiunge la costante del logaritmo.

- Scrivere altra forma dell’equazione di Nernst-

CELLULA DI NEURONE A RIPOSO

Oltre ai canali passivi permeabili a K+ (i soli presenti nelle cellule gliali) bisogna

considerare i canali passivi per Na+ e Cl-. Nella celllula nervosa esistono anche canali

passivi per gli Na+ che sono sospinti ad entrare all’interno della cellula dal loro

gradiente (ci sono più Na+ all’esterno che all’interno) e dal potenziale di membrana

che, come abbiamo precedentemente osservato, è negativo all’interno grazie al

deflusso di K+. Nonostante questo i canali per gli Na+ sono quantitativamente minore

rispetto a quelli per K+ e quindi non si raggiungerà mai il potenziale di equilibrio degli

Na+ (+55mV). È importante notare che cambiando la polarizzazione (non più negativa

all’interno) i K+ non saranno più attratti dalla polarità negativa all’interno e quindi ci

sarà un maggiore deflusso di questi ioni. In pratica i K+ uscenti controbilanciano gli

Na+ entranti.

In questa cellula il potenziale di membrana a riposo è di -60 mV.

Il flusso è dato da: (forza motrice chimica + la forza motrice elettrica) x conduttanza

(dei canali).

Quindi Na+ ha forza elettrochimica che lo sospinge doppiamente all’interno ma ha

pochi canali quindi poca conduttanza, mentre K+ ha la forza elettrochimica che lo

sospinge debolmente all’esterno ma ha numerosi canali quindi ha buona conduttanza.

I DUE FLUSSI IONICI SI CONTROBILANCIANO.

Ovviamente il flusso non può continuare indisturbato (Na+ che entrano e K+ che

escono) altrimenti dopo un lasso di tempo varierebbero i gradienti e ci sarebbe una

modifica del potenziale di membrana, per evitare queste cose esiste la POMPA

SODIO-POTASSIO, che è un canale attivo (ovvero che sospinge gli ioni contro

gradiente) che funziona grazie idrolisi di ATP e mantiene costante i gradienti dei due

ioni.

La POMPA SODIO-POTASSIO è una grossa proteina di transmembrana che ha dei siti

appositi che legano Na+ e ATP all’interno della cellula e K+ all’esterno. Ogni ciclo

grazie all’energia data da idrolisi di ATP la pompa sodio potassio sospinge nel liquido

extracellulare tre ioni Na+ e nel liquido intracellualare due ioni K+. Questo crea più

forze nette uscenti e quindi porta il potenziale di equilibrio a -65mV.

Invece Cl- è solo soggetto a trasporto passivo e tende a disporsi secondo gradiente ai

lati della membrana (quindi in teoria a defluire all’interno della cellula) però il

voltaggio della membrana (negativo all’interno) lo respinge dall’entrare.

Tuttavia c’è uno specifico trasporto per i Cl- entrati nella cellula, il TRASPORTO ATTIVO

SECONDARIO è un metodo di trasporto che accoppia ad una reazione favorita

energeticamente (come il trasporto secondo gradiente di K+) la reazione sfavorita

energeticamente di trasporto contro gradiente Cl-. Il trasporto passivo secondario non

crea un apposito canale per i Cl-.

Quando la membrana di depolarizza (meno negativa all’interno) tanto da raggiunge il

valore soglia (-55 mV) la cellula apre i canali voltaggio-dipendenti (che si aprono al

variare del potenziale di riposo) per gli Na+ che quindi defluiranno secondo gradiente

all’interno della cellula depolarizzando ulteriormente il potenziale. Questo si chiama

POTENZIALE d’AZIONE e corrisponde alla scarica elettrica che manda segnali elettrici

al cervello. Il potenziale d’azione è vicino al potenziale di equilibrio del Na+ che è

+55mV anche se non raggiungerà mai questo valore dato che i K+ continuano (in

numero decisamente minore rispetto ai canali ora aperti per Na+) a uscire all’esterno.

Anche il potenziale d’azione può essere calcolato con l’equazione di Nernst.

Il potenziale d’azione ovviamente non è infinito e viene terminato da due fattori:

innanzitutto i canali per l’Na+ voltaggio dipendenti dopo che sono stati attivi

diventano inattivi (stato refrattario) e in ogni caso molto più lentamente dei canali

voltaggio dipendenti per l’Na+ si aprono anche quelli per i K+ sempre voltaggio

dipendenti che faranno defluire dalla cellula i K+ (che poi a loro volta saranno sospinti

all’interno dalla pompa sodio-potassio e questo ristabilizza il normale potenziale di

membrana a riposo).

Il potenziale di membrana è dato quindi dalla concentrazione ionica ai lati della

membrana sia dalla conduttanza o permeabilità della membrana.

l’equazione di Goldman studia quanto il potenziale di membrana dipende da uno o

l’altro ione:

- Scrivere equazione di Goldman-

P indica la permeabilità di un determinato ione.

Questa equazione indica che il potenziale di membrana dipende da uno ione tanto

questo è concentrato ad un lato della membrana e tanto maggiore è la sua

permeabilità: Na+ è il più rilevante nel potenziale d’azione e K+ è più rilevante nel

potenziale di riposo.

Esistono dei meccanismi che regolano la quantità di potassio extracellulare (quindi che

impedisce una depolarizzazione improvvisa se non contiamo apertura dei canali Na+

voltaggio dipendenti) quali la barriera EMATOENCEFALICA che ha il compito di limitare

il movimento dei K+ nel liquido extracellulare (è una barriera che ricopre i capillari

cerebrali) e il tampone spaziale del potassio, meccanismo di assorbimento del K+ da

parte delle glia per impedire concentrazioni elevate di K+ nell’ambiente extracellulare.

POTENZIALE D’AZIONE

Durante il corso del potenziale d’azione la conduttanza della membrana varia, questo

significa che il potenziale d’azione stesso è dato da una modifica dei flussi ionici.

Nel corso del potenziale d’azione, nella sua ascendenza, la permeabilità (o

conduttanza) nei confronti di Na+ aumenta vertiginosamente, molto più che la

conduttanza per i canali K+.

Il potenziale d’azione si riduce quando invece sono i K+ ad avere una maggiore

conduttanza.

Hodgkin e Huxley furono sperimentatori (che guadagnarono il premio Nobel nel ’63)

che ampliarono le conoscenze dei canali ionici, inanzitutto usarono un metodo invetato

da Cole nel ’49 per studiare la conduttanza dei canali ionici per Na+ e K+ voltaggio

dipendenti.

Sino ad allora era impossibile studiare la conduttanza di questi canali perché al variare

del potenziale di riposo essi si aprivano, un flusso entrante di ioni Na+ entrava e

modificava ancora il potenziale della membrana che a sua volta apriva ancora più

canali e via dicendo sino al culmine del potenziale d’azione. Il metodo usato per

analizzare la conduttanza di questi canali è stato il METODO DEL BLOCCO DEL

VOLTAGGIO o VOLTAGE CLAMP che consiste nel bloccare la relazione tra apertura dei

canali ionici e aumento del potenziale di membrana.

Questa tecnica consiste nel fare passare uno stimolo di una determinata intensità (a

scelta dello sperimentatore) nella membrana (grazie ad un elettrodo posto nella parte

intracellulare e un altro posto in quella extracellulare) e registrare la corrente uscente

dai canali ionici voltaggio dipendenti. Compito del circuito di blocco del voltaggio è

creare una corrente uguale ed opposta a quella che passa nei canali ionici voltaggio

dipendenti in modo da impedire una variazione del potenziale di membrana e da

individuare la conduttanza, questo fenomeno è possibile se il circuito del Voltage

Clamp (durante il flusso della corrente ionica) prende delle cariche positive dalla zona

intracellulare e le pone nel liquido esterno. La scelta del numero delle cariche da

spostare dipende dalla coincidenza che c’è tra il potenziale di membrana e il segnale

inviato: se i due non corrispondono se aumenteranno o diminuiranno il numero delle

cariche tolte dalla zona intracellulare sino ad arrivare a togliere la corrente esatta che

passa per i canali ionici voltaggio-dipendenti.

ESPERIMENTO CON LA TECNICA DEL BLOCCO DEL VOLTAGGIO

Potenziale della membrana a riposo= -60mV

Corrente imposta = +10mV

Con questa depolarizzazione osserviamo subito una corrente uscente (detta corrente

capacitiva detta Ic) e in seguito una corrente ionica uscente (detta corrente di fondo Ii)

che corrisponde all’apertura dei canali ionici passivi, in seguito si osserva una Ic

entrante netta e poi si torna al potenziale di membrana a riposo.

Se si aumenta l’impulso dato, e si supera il livello soglia, potremo osservare la

corrente Ic uscente e quella di fondo e subito dopo una netta corrente entrante e in

seguito una uscente: queste ultime due correnti rappresentano l’apertura dei canali

ionici per Na+ e K+ voltaggio dipendenti.

Queste due correnti (entrante e uscente) non sono date dagli stessi canali e Hodkin e

Huxley riuscirono a separare l’analisi di corrente entrante e uscente.

Innanzitutto hanno eliminato e sostituito una delle due concentrazioni ioniche e quindi

hanno potuto osservare una delle due correnti (ora questa cosa si fa con farmaci che

bloccano una o l’altra serie di canali) dato che la corrente totale era data da Ic + Ii +

Ina/Ik : Ic e Ii sono facilmente calcolabili ed escludibili e quindi rimaneva solo la

corrente o conduttanza di Ina o Ik.

I canali per l’Na+ e il K+ voltaggio dipendenti non sono uguali: si assomigliano perché

entrambi si attivano in seguito alla depolarizzazione ma i canali per l’Na+ si attivano

molto prima di quelli per il K+ permettendo quindi inizialmente una corrente entrante

e in seguito una uscente, inoltre durante una lunga depolarizzazione i canali per l’Na+

voltaggio dipendenti dopo essersi attivati passano in uno stato inattivo che quindi

nella fase finale del potenziale d’azione rendono più abbondante la conduttanza per i

K+ che quindi ripolarizzano la membrana.

I canali per l’Na+ voltaggio dipendenti possono assumere tre conformazioni (la

proteina transmembrana cambia) differenti:

- RIPOSO la proteina è pronta per passare allo stadio successivo

- ATTIVA la proteina è aperta e fa passare l’Na+ (la proteina si apre perché i

sensori del voltaggio, ovvero le subunità S4 dei 4 domini della proteina

trasnmembrana si contraggono quando cambia il potenziale di membrana e

quindi aprono il canale).

- INATTIVA la proteina è chiusa e non può aprirsi facilmente, si inattiva dopo ogni

apertura

Quando un canale è inattivato non può aprirsi e non riesce a rispondere a impulsi

subito dopo il primo, se l’impulso è stato breve allora la proteina passa da attivo a

riposo (quando non si raggiunge il livello soglia). Per riattivare un canale inattivato

bisogna aspettare che il potenziale di membrana sia tornato a riposo. Tutto questo

succede grazie alla cinetica del movimento del canale:

Dopo l’impulso la proteina apre la porta di attivazione e dopo si aprirà invece quella di

inattivazione, mentre quest’ultima ci mette un po’ per ritornare aperta quella di

attivazione è aperta subito ma bisogna aspettare che quella di inattivazione si sblocchi

per poter riattivare il canale.

Quindi Hodgkin e Huxley grazie all’analisi dei canali ionici e ai nuovi metodi di

misurazione sono riusciti a studiare bene il potenziale d’azione:

- Una depolarizzazione della membrana plasmatica permette ai canali Na+

voltaggio dipendenti di aprirsi.

- Un flusso verso l’interno di Na+ modifica ulteriormente il potenziale di

membrana che dopo una serie di aperture di canali e di variazioni del potenziale

arriva molto vicino al potenziale di equilibrio degli Na+ (+55mV)

- Si inattivano i canali Na+ voltaggio-dipendenti

- Si aprono con un po’ di ritardo i canali K+ voltaggio dipendenti che permettono

una corrente netta uscente e tendono a riportare il potenziale di membrana a

riposo.

- In seguito alla depolarizzazione c’è un’iperpolarizzazione dovuta al fatto che i

canai per i K+ voltaggio dipendenti non si chiudono istantaneamente al

raggiungimento di Vm (in questa fase il potenziale della membrana è molto

vicino al potenziale di equilibrio per i K+ ovvero -75mV)

- C’è un periodo refrattario in seguito al potenziale d’azione durante il quale il

neurone non risponde bene agli impulsi: in un primo momento, nel periodo di

refrattarietà assoluta il neurone non risponde proprio, nel momento successivo

di refrattarietà relativa il neurono risponderà solo con stimoli molto elevati.

Il potenziale d’azione si innesca solo al raggiungimento del valore soglia (-55mV)

perché se invece la depolarizzazione è elettrotonica allora si apriranno sia i canali

passivi per Na+ che quelli per i K+ e i Cl-. Al raggiungimento del livello soglia invece

si osserva una rapida e vertiginosa apertura dei canali ionici Na+ voltaggio-dipendenti.

ALTRI CANALI VOLTAGGIO DIPENDENTI

Non esistono solamente due canali voltaggio dipendenti ma possiamo osservare come

esistano anche:

- Canali Ca2+ voltaggio dipendenti (il Ca2+ si trova in abbondanti concentrazioni

fuori dalla cellula quindi dopo la depolarizzazione si aprono i canali voltaggio

dipendenti per il Ca2+ e questo entra nella cellula)

- Canali di tipo H (non sono particolarmente selettivi e depolarizzano dopo che c’è

stata una iperpolarizzazione vicina al potenziale di riposo, fa passare cationi

monovalenti, Na+ e K+)

- Diversi tipi di canali K+ voltaggio dipendenti: quelli a rettificazione ritardata

(che si aprono più lentamente dei canali per l’Na+), Canali K+ attivati da Ca2+

(che si attivano quando abbonda la concentrazione intracellulare di Ca2+ e non

in seguito alla depolarizzazione), Canali K+ di tipo A (che si attivano quando si

attivano pure quelli per l’Na+, ovvero subito in seguito alla variazione del

potenziale di membrana e si disattivano subito dopo), Canali K+ di tipo M (che

si attivano in seguito a piccole depolarizzazioni vicino al potenziale di

membrana e possono essere chiusi dall’acetilcolina)

Oltre alla depolarizzazione ci sono anche fattori intracellulari che influenzano

l’apertura o la chiusura dei canali ionici come ad esempio il Ca2+ (calcio, valenza 2)

quando entra all’interno della cellula grazie all’apertura dei canali Ca2+

voltaggio-dipendenti.

Due sono le conseguenze di questo flusso verso l’interno:

- Aumenta la probabilità di apertura dei canali K+ attivati da Ca2+

- Inattiva i canali voltaggio dipendenti Ca2+ legandosi alla loro superficie interna

- Defosforila alcuni canali attivano la protein fosfatasi Ca2+ dipendenti

Quindi in ultima analisi aumenta la depolarizzazione aumentano il flusso di cariche

positive che entra, ma aiuta anche la ripolarizzazione dato che apre i canali K+ Ca2+

dipendenti.

Il Ca2+ fa parte del gruppo dei SECONDI MESSAGGERI che influenzano le funzioni dei

canali ionici.

Più canali ci sono in una determinata zona del neurone (o più canali il neurone

possiede) più è elaborata l’informazione.

DENDRITI: Canali voltaggio dipendenti Ca2+, K+ e qualche Na+

ZONA D’INGRESSO DEL NEURONE: Ricca di Na+ voltaggio dipendenti e ci sono anche i

canali voltaggio dipendenti molto sensibili anche alle piccole variazioni di segnale che

servono a capire se un impulso raggiungerà il valore soglia o meno (canali di tipo M, di

tipo A, di tipo H e Ca2+ attivi a basso voltaggio)

ASSONE: come l’assone gigante del calamaro (analizzato da H. e H.), ricco di canali

Na+ e K+.

TERMINAZIONE NERVOSA: Ricco di canali per Ca2+ che liberano Ca2+ che liberano i

neurotrasmettitori.

L’eccitabilità non solo è diversa a seconda della zona del neurone, ma anche da

neurone a neurone più sono specializzati i neuroni più l’informazione verrà elaborata

(suddivisione dei compiti).

TRASMISSIONE SINAPTICA

Trasmissione del segnale da un neurone all’altro, la trasmissione sinaptica può essere

elettrica (stereotipata, messaggi depolarizzanti semplici e di breve durata) o chimica

(segnali complessi e di lunga durata).

La sinapsi è il luogo dove avviene la trasmissione da un neurone all’altro.

inizialmente si pensava esistesse solo un tipo di trasmissione, ovvero quella elettrica,

in seguito nacquero diverse scuole di pensiero, alcune delle quali a sostegno

dell’ipotesi di trasmissione chimica.

Nella sinapsi elettrica c’è un canale ionico che collega i due neuroni, questo canale si

chiama GIUNZIONE COMUNICANTE, mentre nella sinapsi chimica c’è uno spazio tra i

due neuroni detto FESSURA SINAPTICA .

In una sperimentazione è stato trasmesso un impulso al neurone presinaptico e si è

osservato dove esso si dirigesse:

- Nel caso della sinapsi elettrica la corrente in parte usciva dai canali passivi del

neurone presinaptico mentre il resto passava attraverso le giunzioni

comunicanti e quindi passava alla cellula bersaglio dove dopo averla

depolarizzata usciva attraverso i canali passivi di quest’ultima.

- Nel caso della sinapsi chimica l’impulso usciva completamente dai canali passivi

(via di minore resistenza) del neurone presinaptico però attivava dei

neurotrasmettitori che poi si legavano ai recettori posti sulla membrana

bersaglio, determinandone l’apertura o meno dei canali ionici

SINAPSI ELETTRICHE

Nelle trasmissioni elettriche l’impulso che dà origine al potenziale d’azione deve

essere sufficientemente potente da depolarizzare anche la cellula bersaglio (collegata

alla prima tramite canale), per questo motiva il neurone presinaptico deve essere

grande in modo da poter contenere numerosi canali ionici mentre la terminazione

della cellula bersaglio deve essere piccola così da avere una maggiore resistenza

( maggiore resistenza risponde con una maggiore variazione di potenziale).

Si definisce latenza il periodo che intercorre tra il potenziale d’azione tra il neurone

presinaptico e la cellula postsinaptica (questo anche nelle sinapsi elettriche).

La variazione di potenziale elettrico che avviene nel neurone presinaptico e

direttamente proporzionale alla variazione di potenziale che avviene nelle cellule

postsinaptiche, se la variazione sarà sotto la soglia anche la depolarizzazione della

cellula bersaglio sarà sotto soglia. La trasmissione sinaptica elettrica può essere

bidirezionale dato che dipende dai flussi di corrente ionica.

Canale di giunzione (giunzione comunicante)= è una speciale struttura proteica che

collega il terminale presinaptico a quello postsinaptico ed è lungo non più di 3 nm.

Due neuroni sono collegati da numerosi canali di giunzione che sono composti da due

emicanali, uno proveniente dal neurone presinaptico e l’altro dal neurone

postsinaptico. I due emicanali, una volta che si sono riconosciuti vengono a contatto e

quindi fungono da ponte tra i due neuroni, questi emicanali sono sufficientemente

grandi per permettere il passaggio di ioni (senza troppa selezione) e piccole sostanze.

Gli emicanali sono anche detti connessone e ogni connessone è composto da 6

connessine (che sono 6 subunità proteiche) che a loro volta sono composte da 4

subunità proteiche idorfobiche. Ogni connessina attraversa la membrana da parte a

parte, le zone transmembrana e quelle extracellulari sono simili per ogni connessina di

qualsiasi tessuto mentre le zone citoplasmatiche sono diverse a seconda del tipo di

tessuto e regolano l’apertura (rotazione su sé stesse delle connessine di pochi

angstrom) o la chiusura del canale.

Le connessine hanno due compiti: riconoscere le altre 5 subunità del connessone e

riconoscere il domino extracellulare dell’altro connessone.

Esistono anche i CANALI RETTIFICANTI che invece regolano l’apertura o chiusura del

canale in base al potenziale di membrana (quindi sono voltaggio-dipendenti) e che

permettono al flusso di scorrere in una direzione ben precisa.

Anche i neurotrasmettitori di una sinapsi chimica adiacente possono modificare

apertura o chiusura della giunzione.

I canali di giunzione trasmettono molto velocemente il segnale quindi permettono una

risposta (per esempio per comportamenti di fuga) praticamente istantanea.

i canali di giunzione possono anche creare degli aggregati neurali, ovvero una serie di

neuroni collegati tramite questi ponti. Nei neuroni accoppiati (cosiì si definisce un

agglomerato tenuto insieme per giunzione comunicante) la trasmissione passa

velocemente e in sincrono a tutte le cellule bersaglio collegate tra di esse. La

resistenza di questi agglomerati è minore se paragonata a quella di un terminale

sinaptico (elettrico) preso a sé stesso, quindi l’impulso dovrà essere forte per potere

essere trasmesso. Se l’impulso non raggiunge il valore soglia in nessun neurone ci

sarà potenziale d’azione, se invece lo raggiunge partirà un potenziale d’azione in

sincrono tra tutte queste cellule del tipo tutto o nulla.

Si possono osservare questi neuroni accoppiati nell’Aplysia (una lumaca marina) che

se disturbata emette dei pigmenti rossi che la celano. La ghiandola per questi

pigmenti è attivata da 3 neuroni accoppiati.

Dai canali di giunzione può passare anche un messaggio metabolico dato che il lume

del canale è piuttosto largo da permettere il passaggio di piccole sostanza (anche

peptidi) oltre che ioni.

I canali di giunzione possono anche mettere in comunicazione le glia tra di loro e tra i

neuroni. Ad esempio se una stimolazione nervosa passa da un neurone ad un astrocita

tramite canale comunicante la trasmissione sarà veloce.

TRASMISSIONE CHIMICA

I due neuroni non sono collegati e lo spazio che intercorre tra di essi viene anche detto

FESSURA SINAPTICA. La trasmissione viene effettuata tramite rilascio (da parte del

neurone presinaptico) di NEUROTRASMETTITORE che è una sostanza chimica in grado

di legarsi ai recettori postsinaptici contenuto nelle VESCICOLE SINAPTICHE che si

trovano nella TERMINAZIONE PRESINAPTICA. Le zone della terminazione presinaptica

dove vengono rilasciati i neurotrasmettitori sono dette ZONE ATTIVE (zone vicine alla

membrana).

Il potenziale d’azione arriva e libera una Ca2+ tramite i canali voltaggio dipendenti

Ca2+ , l’aumento della concentrazione intracellulare di Ca2+ permette alla vescicole

sinaptiche di fondersi con la membrana (processo di esocitosi) e di rilasciare nella

fessura sinaptica i neurotrasmettitori che diffondono sino a legarsi ai recettori posti

sulla membrana postsinaptica.

Il legame neurotrasmettitore-recettore apre o chiude (dipende se il neurotrasmettitore

stimola e inibisce) i canali ionici che modificano il potenziale di membrana e se questo

raggiunge il valore soglia il potenziale d’azione prosegue.

La sinapsi chimica non è veloce come quella elettrica però è in grado di amplificare

l’informazione. Questo perché per aprire un canale ionico bastano 2 neurotrasmettitori

legati ai recettori e invece una vescicola ne contiene migliaia, quindi anche se il

terminale presinaptico è piccolo il segnale trasmesso può essere molto potente.

La sinapsi chimica in parte assomiglia al rilascio di ormoni a carico delle ghiandole

endocrine, la differenza si può notare nel fatto che gli ormoni si legano a recettori ben

più lontani della cellula bersaglio delle sinapsi chimiche: questo permette

all’informazione di essere ben protetta nelle sinapsi chimiche dove la cellula bersaglio

è a pochi nanometri di distanza (20-40 nm)

Il neurotrasmettitore può essere costituito da piccole molecole sino a peptidi e non

dipende da esso l’informazione trasportata ma dipende dal legame

neurotrasmettitore-recettore (infatti lo stesso neurotrasmettitore può portare

messaggi diversi se legato a diversi recettori):

Per esempio L’ACh stimola se legato alla giunzione neuromuscolare e inibisce il battito

cardiaco se legato ad un altro recettore.

I recettori sono composti da una proteina transmembrana la cui parte extracellulare

capta la molecola segnale e hanno il compito di aprire o chiudere i canali ionici,

esistono due tipi di recettori:

- RECETTORI IONOTROPICI: costituiscono essi stessi il canale ionico e in pratica

sono dei canali ionici a controllo di ligando. Sono formati da più subunità e

formano una macromolecola proteica. A contatto con il neurotrasmettitore

cambia la loro conformazione e permettono o meno il passaggio di ioni.

Permettono una trasmissione piuttosto veloce ma di breve durata

- RECETTORI METABOTROPICI: non costituiscono il canale ionico, sono una

struttura diversa. Funzionano modificano le condizione metaboliche

intracellulari attivando i secondi messaggeri (piccoli metaboliti come l’AMPc),

questi secondi messaggeri attivano delle protein chinasi che fosforilano il

substrato proteico e lo aprono o lo chiudono. Consentono una trasmissione più

lenta ma la durata può anche essere di più minuti.

Bear

SINAPSI CHIMICHE

Le sinapsi sono composte da un elemento presinaptica (di solito terminazione nervosa)

e da un elemento postsinaptico separati dalla FESSURA SINAPTICA.

Nella sinapsi chimica il passaggio di informazione viene effettuato tramite

neurotrasmettitore contenuto nelle vescicole sinaptiche o in caso di molecole più

grandi nei granuli secretori (contengono peptidi) che a volte per il loro colore vengono

chiamate VESCICOLE a NUCLEO DENSO e SCURO.

Le proteine accumulate ai lati delle membrane pre e postsinaptiche sono dette

SPECIALIZZAZIONE DI MEMBRANA e i recettori sulla membrana postsinaptica vengono

posti sulla DENSITà POSTSINAPTICA (che è subito sottostante alla membrana

postsinaptica).

SINAPSI DEL SISTEMA NERVOSO CENTRALE: Nel SNC possiamo osservare diversi tipi di

sinapsi a seconda della zona del neurone che compone il terminale postsinaptica.

- Assodendritica: il dendrite è il terminale postsinaptico

- Assosomatica : il soma compone il terminale postsinaptico

- Assoassonica: l’assone è il terminale postsinaptica

- Dendodentritica : sinapsi tra due dendriti

Queste sinapsi possono essere riconosciute a seconda della geometrica, infatti se le

specializzazioni di membrana sono simmetriche allora la sinapsi sarà del I tipo di Gray

se invece la sinapsi è asimmetrica allora la sinapsi sarà del II tipo di Gray: queste due

geometrie suppliscono anche a differenti funzioni.

SINPASI NEUROMUSCOLARE (Giunzione neuromuscolare): è una sinapsi tra un

motoneurone (neurone che parte dal SNC per andare ad innervare una fibra

muscoalre) e una fibra muscolare scheletrica. Caratterizzata da una grande ampiezza

questa sinapsi sempre invia il potenziale d’azione al muscolo. Nella terminazione

presinaptica possiamo osservare numerose zone attive (parte delle specializzazioni di

membrana e luogo da dove fuoriescono i neurotrasmettitori) mentre la terminazione

postsinaptica viene anche detta PLACCA MOTRICE. La placca motrice ha numerose

pieghe (dette pieghe giunzionali) che sono allineate perfettamente con le zone attive

della membrana presinaptica e che contengono i recettori.

Esistono vari tipi di neurotrasmettitori per le sinapsi chimiche:

- Amine (acetilcolina –Ach- , noradrenalina) servono per la trasmissione veloce

nelle giunzione neuromuscolari

- Aminoacidi (glutammato, glicina, acido gamma aminobutirrico –GABA-) servono

per la trasmissione veloce nel SNC

- Peptidi (singoli peptidi, ovvero proteine spezzettate) sono trasmessi con una

trasmissione più lenta.

Alcuni di questi neurotrasmettitori sono sostanze che possono essere rilevate in tutte

le cellule (tipo il glutammato) mentre altre sono sostanze specifiche dei neuroni.

Le amine e gli aminoacidi sono sintetizzati a partire da enzimi che vengono trasportati

a livello della terminazione e che catalizzano queste molecole, è poi compito delle

proteine TRASPORTATORI porre queste sostanze dentro le vescicole sinaptiche.

I peptidi invece sono prodotti dal RE rugoso (a livello del soma) e poi sono spezzati in

piccoli elementi a livello dell’apparato di Golgi dove saranno anche inglobati dentro i

granuli secretori che poi saranno spostati a livello della terminazione tramite trasporto

assoplasmatico.

I neurotrasmettitori vengono rilasciati all’aumentare della concentrazione

intracellulare di Ca2+ cosa che avviene tramite canali voltaggio dipendenti del calcio,

quindi all’arrivo del potenziale d’azione nella terminazione nervosa. Il rilascio risulta

assai veloce perché il calcio entra a livello delle zone attive (i canali voltaggio

dipendenti sono lì vicino). Il rilascio è veloce probabilmente perché le vescicole sono

ancorate alle zone attive da proteine di membrana che all’aumento della

concentrazione intracellulare di Ca2+ modificano la loro conformazione e permettono

alla vescicola di fondersi con la membrana del neurone e quindi rilasciare nella fessura

i neurotrasmettitori. La membrana della vescicola che si è fusa con la membrana del

neurone viene poi recuperata tramite un processo endocitico.

La membrana della vescicola si fonde con quella del neurone grazie al gruppo delle

proteine SNARE: le v-SNARE sono proteine della membrana della vescicola mentre le

t-SNARE sono le proteine della membrana che riceve. Queste v-SNARE e t-SNARE si

riconoscono e all’aumento della concentrazione si uniscono permettendo l’unirsi delle

due membrane, l’aumento del Ca2+ viene riconosciuto dalla proteina della vescicola

SINAPTOTAGMINA.

I granuli secretori invece non si trovano a livello delle zone attive e per la loro

liberazione non è sufficiente il calcio subentrato ad un solo p. d’azione ne serve molto

di più.

I recettori sono di vari tipi, numerosi e sono il luogo dove si ancora il

neurotrasmettitore sulla membrana postsinaptica. All’arrivo del neurotrasmettitore il

recettore (che è una proteina) cambia conformazione:

- Canali ionici neurotrasmettitore dipendente: sono proteine transmembrana che

costituiscono esse stesse il canale ionico. Queste proteine sono formate da 5

subunità che formano un poro. Quando non c’è il neurotrasmettitore il poro è

chiuso, altrimenti è aperto. Il neurotrasmettitore si lega su un sito di legame

extracellulare. Questi canali non sono selettivi quanto i canali ionici voltaggio

dipendenti. Quando si aprono l’Na+ entra dentro la cellula e depolarizza la

membrana. Gli effetti del neurotrasmettitore sono principalmente due:

potenziale postsinaptico eccitatori (PPSE) causato da glutammato permette

l’entrata di Na+ e quindi depolarizza, o potenziale postsinaptico inibitori (PPSI)

causato da glicina permette l’entrata di Cl- quindi iperpolarizza.

- Recettori accoppiati a proteina G: questi recettori ricevono amine, aminoacidi e

peptidi. Quando il neurotrasmettitore si lega al sito di legame esterno la

proteina cambia conformazione e attiva un’altra proteina (che appartiene alla

famiglia G) che si spostano sulla faccia intracellulare della membrana

postsinaptica e che attiva a sua volta la proteina effettrice (secondo

messaggero) che può essere o un canale ionico oppure degli enzimi che in

ultima analisi promuovono o bloccano l’entrata di ioni quindi la depolarizzazione

o l’iperpolarizzazione. Questi recettori sono detti metabotropici per il fatto che i

processi metabolici che attivano sono diversi.

- Autorecettore: sono recettori posti sulla membrana presinaptica che ricevono

neurotrasmettitori rilasciati dal terminale presinaptico stesso, servono per

regolare il rilascio di neurotrasmettitori.

Il legame tra il recettore e il neurotrasmettitore non produce sempre lo stesso effetto e

dipende soprattutto dal tipo di recettore: per esempio ACh stimola il muscolo

scheletrico a livello della giunzione muscolare mentre inibisce il battito cardiaco con

un altro recettore.

Il neurotrasmettitore poi deve essere eliminato e questo fenomeno avviene o perché il

trasmettitore esce dalla fessura presinaptica e viene inglobato da specifiche proteine

nelle glia o viene riassorbito dal terminale presinaptico dove poi viene disintegrato per

via enzimatica oppure viene riutilizzato. A volte può venire distrutto da enzimi che

sono posti direttamente nella fessura sinaptica. È importante eliminare il

neurotrasmettitore perché se i recettori sono esposti per lungo tempo al

neurotrasmettitore si può andare incontro a un fenomeno di densesibilizzazione che

lascia il recettore disattivato per qualche secondo.

La neurofarmacologia agisce proprio a livello della sinapsi chimica:

- Recettori antagonisti: sono sostanze che inibiscono la relazione recettore

neurotrasmettitore legandosi strettamente al recettore. Per esempio il curaro

blocca l’accesso quindi al neurotrasmettitore e impedisce la contrazione

muscolare

- Recettori-agonisti: sono sostanze che si legano ai recettori e li attivano anche

senza la presenza del neurotrasmettitore. La nicotina attiva i recettorei Ach

dipendenti anche senza la presenza di Ach infatti questi recettori sono spesso

indicato come recettori Ach nicotinici.

INTEGRAZIONE SINAPTICA

È importante analizzare come da singole depolarizzazioni o iperpolarizzazioni si arrivi a

generare o meno il p potenziale d’azione. Inanzitutto è necessario sottolineare che più

neurotrasmettitori sono inviati più canali ionici si aprono.

Le vescicole contengono un numero finito di neurotrasmettitore, questo numero viene

detto quanto. Le vescicole contengono sempre lo stesso quanto, quindi il numero di

neurotrasmettitori rilasciati non sarà altro che un numero multiplo del quanto, quindi

possiamo affermare che il PPSE è un multiplo del quanto quindi è QUANTIZZATO.

Le vescicole sinaptiche ogni tot. Vengono liberate anche senza potenziale d’azione e

grossa immissione di Ca2+ e questo determina delle piccole depolarizzazione

postsinaptiche anche dette MINIPOTENZIALE D’AZIONE, quindi il PPSE è un multipo dei

MINIPOTENZIALI d’AZIONE.

L’analisi quantica è il metodo che compare il risultato di un mini al PPSE: nelle

giunzione neuromuscolare vengono inviate circa 200 vescicole sinaptiche quindi il

potenziale d’azione viene sicuramente raggiunto data una forte depolarizzazione

(questo perché l’evoluzione ha portato questo meccanismo a prova d’errore) mentre

nel SNC viene inviata una sola vescicola sinaptica, questo perché l’SNC lavora

sommando i vari MINI per dare un unico potenziale d’azione.

La somma dei PPSE può essere spaziale (ovvero quanti PPSE sullo stesso dendrite in

un determinato momento) oppure temporale (quanti PPSE invia una sinapsi in una

frazione di 15 ms).

EQUAZIONE DENDRITICA: Calcola la probabilità che una depolarizzazione contribuisca

al potenziale d’azione. Questo perché non è detto che ogni depolarizzazione arrivi a

superare il livello di soglia a livello del cono di integrazione. Il potenziale d’azione

dipende dal numero di PPSE e dalla loro distanza dal cono di integrazione. Più il PPSE è

lontano minore probabilità ci sono che contribuisca al potenziale d’azione.

Si può calcolare la possibilità che un PPSE contribuisca al potenziale d’azione

calcolando la COSTANTE DI SPAZIO che è il valore che indica la distanza alla quale il

PPSE ha raggiunto il 37% della forza originale, maggiore è il valore della costante di

spazio maggiori probabilità ha il PPSE di contribuire al p. d’azione. La costante di

spazio è data dalla resistenza interna del dendrite (data dal diametro di esso) e dalla

resistenza di membrana (ovvero la resistenza che si oppone a fare uscire la corrente

attraverso i canali passivi, dipende dal numero di questi).

Il PPSE segue l’equazione dendritica soprattutto se il dendrite è sprovvisto di canali

voltaggio dipendenti, dato che però normalmente i neuroni hanno i canali voltaggio

dipendenti pure sui dendriti (in numero decisamente inferiore rispetto all’assone)

questo permette ad un PPSE periferico di non eliminarsi del tutto durante il percorso.

La presenza di questi canali permette a volte di mandare la corrente dal soma al

dendrite.

Esistono anche le sinapsi inibitore che sono costituite da canali ionici

neurotrasmettitore dipendente che legano soprattuto GABA e glicina e permettono a

ioni negativi (Cl-) il passaggio in modo che Vm si avvicini a Cl-. La risposta è un

iperpolarizzazione ovvero un aumento della negatività del potenziale di membrana (se

questo valore è più alto di -65 mV).

Se in un neurone, vicino al soma è posta una sinapsi inibitoria e lontano dal soma è

posta invece un PPSE allora la corrente positiva del PPSE uscirà completamente (data

la via di minore resistenza) a livello della sinapsi inibitoria, questo fenomeno è detto

INIBIZIONE PER DERIVAZIONE. Anche l’inibizione per derivazione deve essere calcolata

nell’integrazione sinaptica.

Di solito le sinapsi inibitorie fanno parte del II tipo di Gray mentre le sinapsi eccitatorie

fanno parte del primo tipo di Gray.

L’ultima sinapsi che possiamo analizzare è la MODULAZIONE, ovvero una sinapsi con

recettori accoppiati a proteine G che non agiscono direttamente sul PPSE o sul PPSE

ma lo possono modificare.

Esempio: recettore beta-recettore per le beta-adrenaline, neurotrasmettitore è al

noradrenalina.

Quando il recettore accoglie il trasmettitore questo cambia conformazione e influenza

l’enzima Adenilato ciclasi che trasforma ATP in AMPc (adenosin monofosfato ciclico)

detto anche secondo messaggero (perché il primo messaggero era la noradrenalina)

che attiva la protein chinasi che a sua volta attiva la fosforilazione di più siti (ATP cede

fosfato per dare energia) che modifica una proteina canale per il K+ chiudendola che

quindi permette ad un PPSE lontano di avere maggiore probabilità di contribuire ad un

p. d’azione dato che aumenta il valore della costante di spazio.

STUDIO DEI NEUROTRASMETTITORI (capitolo 6)

Innanzitutto per studiare i neurotrasmettitori è necessario localizzarli. La localizzazione

avviene per ipotesi in base a tre regole per il riconoscimento: un neurotrasmettitore è

sintetizzato e immagazzinato nel neurone o nella terminazione nervosa, un

neurotrasmettitore viene rilasciato dall’elemento presinaptico e un neurotrasmettitore

provoca una qualsiasi risposta nell’elemento postsinaptico.

Per sapere se un neurotrasmettitore è sintetizzato o localizzato in uno specifico

neurone vengono usati due metodi:

- IMMUNOCITOCHIMICA: consiste nell’iniettare in un animale un

neurotrasmettitore localizzato. Questo provoca una risposta immunitaria e

quindi la produzione di anticorpi. Viene prelevato un campione di sangue, gli

anticorpi vengono separati dal resto del sangue e marcati e poi una sezione di

tessuto nervoso viene irrorata con questa soluzione di anticorpi. Questi, nel

tessuto nervoso, marcheranno solo i neuroni che hanno il neurotrasmettitore

specifico per l’anticorpo.

- IBRIDAZIONE in SITU: Serve a scoprire se un neurotrasmettitore è sintetizzato o

meno da un determinato neurone. Le catene di mRNA (quelle che codificano le

proteine) sono costituite da 4 acidi nucleici ma un solo filamento. L’ibridazione

in situ consiste nel creare in laboratorio il filamento stampo di una specifica

sequenza di mRNA, questo filamento stampo si indica come SONDA e deve

venire marcato per il riconoscimento. Questa sonda viene applicata su una

sezione di tessuto cerebrale e poi dopo un breve lasso di tempo la sonda si

unisce al filamento complementare preesistente nel neurone di mRNA. A questo

punto è chiaro se un determinato polipeptide è prodotto o meno dal neurone.

Per marcare questi anticorpi o la sonda si usa la tecnica dell’autoradiografia, che

consiste nell’etichettare mediante radioattività le molecole desiderate. La radioattività

non è visibile, nemmeno con il microscopio quindi viene apposta sul tessuto nervoso

con molecole radioattive al suo interno una pellicola sensibile alla radioattività che poi

verrà rimossa e sviluppata come una normale pellicola di macchina fotografica e

permette di osservare le cellule nervose radioattive o meno.

Per valutare quali sostanza vengono rilasciate in seguito a stimolazione si stimola la

zona presinaptica e poi si preleva un campione di fluido che bagna la sinapsi per

studiarne il contenuto molecolare. Questa tecnica è ottima quando si ha a che fare con

il SNP, però quando si ha a che fare con il SNC (cervello + midollo spinale) è difficile

capire se una molecola è conseguenza della stimolazione ed è uscita dalla

terminazione presinaptica: si usa la tecnica del prendere una fettina di tessuto nervoso

che viene mantenuta viva in vitro e viene irrorata da una concentrazione di K+ che

depolarizza la cellula. A questo punto si prelevano i fluidi anche se non si può essere

certi che le molecole esistenti del fluido sono esclusivamente derivate dalla

stimolazione.

Per valutare se una molecola è neurotrasmettitore bisogna valutare se questa provoca

la stimolazione presinaptica: si usa la tecnica della microionoforesi.

MICROIONOFORESI: consiste nell’inserire in una soluzione una molecola ipotizzata di

neurotrasmettitore cosa che provoca il caricamento stesso di questa molecola, in

seguito questa soluzione ionizzata viene inserita in una pipetta che viene posizionata

vicino al terminale postsinaptico. La pipetta viene stimolata elettricamente cosa che

provoca un rilascio si soluzione ionizzata e un microelettrodo posto nella membrana

postsinaptica valuta se c’è stata o meno una depolarizzazione.

STUDIARE I RECETTORI

Un recettore può accogliere solo un tipo di molecola neurotrasmettitore e una

molecola neurotrasmettitore però può essere accolta da diversi tipi di recettori: un

gruppo di recettori che accoglie la stessa molecola viene indicato come SOTTOTIPO di

recettore (per esempio ACh si lega a recettore muscolo cardiaco e inibisce e recettore

muscolo scheletrico e stimola). Diversi metodi esistono per studiare i

neurotrasmettitori:

- Analisi neurofarmacologica: si osserva se sostanze recettore agoniste o

antagoniste attivano o meno determinati recettori, per esempio per quanto

riguarda il sottotipo di recettore per l’ACh, quello del muscolo cardiaco ha come

agonista (sostanza che attiva il recettore anche senza la presenza di

neurotrasmettitore) un veleno chiamato muscarina, mentre quello del muscolo

scheletrico ha come agonista la nicotina. I due recettori vengono indicati con il

nome delle loro sostanze agoniste: Recettore colinergico (sinapsi che lavora con

ACh) muscarinico e recettore colinergico nicotinico.

Questa tecnica di distinzione del sottotipo viene anche effettuata con i recettori

antagonisti (sostanza che producono l’effetto contrario del neurotrasmettitore):

per i due recettori dell’ACh, la sostanza che inibisce il muscolo scheletrico è il

curaro, mentre quella che stimola il muscolo cardiaco è l’atropina.

Così sono anche studiati i recettori del glutammato importantissimo

neurotrasmettitore di sinapsi eccitatorie del SNC. Il glutammato è accolto da 3

diversi recettori, però ogni recettore risponde oltre al glutammato a soltanto

una sostanza, così che uno sarà recettore AMPA

(amino-3-idrossi-5-metil-4isoxazolo propinato), un altro sarà recettore NMDA

(metil-D-aspartato) e l’ultimo sarà recettore kainati.

- Metodo per legare i ligandi: negli anni ‘ 70 fu chiaro che le droghe potevano

interagire con i recettori dei neurotrasmettitori, fu Snyder che studiò le sostanze

oppiacee come sostanze che interagiscono con i recettori. I ricercatori

marcarono queste sostanza radioattivamente e ne applicarono una minima

quantità sulle membrane neuronali per osservare a quali recettori queste

sostanza si legavano (per vedere se erano agonisti o antagonisti). Il risultato fu

raggiunto e in seguito vennero indentificate le endorfine, neurotrasmettitori non

sintetici per quei recettori, che furono divisi in peptidi detti encefaline, detti

anche neurotrasmettitori oppioidi. Questo metodo che studia i recettori

analizzando le sostanze che si legano ad esso e marcando queste sostanze

radioattivamente viene detto metodo per legare i ligandi. Questo metodo è utile

per trovare i neurotrasmettitore, i loro recettori e fare una mappatura del

cervello.

- Analisi molecolare: sviluppata negli ultimi 25 anni effettuata dai biologici

molecolare studia la struttura proteica del recettore, per individuare le possibili

(e numerosissime) diversità tra i sottotipi di un recettore.

Tutti i neurotrasmettitori o sono amine, o amminoacidi oppure peptidi e

sostanzialmente fanno parte della chimica di base della vita umana (ACh esclusa che è

acetil CoA deriva da respirazione cellulare).

Il principio di DALE è quell’ipotesi che afferma che un neurone rilascia solo un tipo di

neurotrasmettitore e così è per la maggior parte dei neuroni nonostante i neuroni che

producono anche peptidi invece non soddisfano il principio di Dale e che possono

rilasciare un peptide e un amina (o aminoacido), questi neuroni che rilasciano dalla

terminazione più di un neurotrasmettitore sono detti COTRASMETTITORI.

NEURONI COLINERGICI

Acetilcolina è il neurotrasmettitore di motoneuroni del midollo spinale e del tronco

dell’encefalo, questa molecola è prodotta dall’enzima colin-acetil-transferasi (ChAT)

che è prodotto nel soma e viene portato a livello del terminale assonico tramite

trasporto assoplasmatico. Dato che solo i neuroni colinergici contengono ChAT risulta

semplice individuare quali neuroni hanno questo neurotrasmettitore (rilevare anticorpi

per ChAT). ChAT sintetizza a livello del terminale presinaptico ACh che viene poi

mediato nelle vescicole dalle proteine trasportatori.

Proteine trasportatori:

- Trasportatori della membrana neurale: prelevano molecole di neurotrasmettitore

dal fluido extracellulare e lo trasportano a concetrazione molto elevate

all’interno del neurone

- Trasportatori vescicolari: prelevano molecole di neurotrasmettitore dal citosol e

lo concentrano nella vescicola.

Questi trasportatori hanno bisogno di molta energia e infatti eseguono il trasporto

tramite il meccanismo di trasporto accoppiato (con gli ioni Na+ e H+). I trasportatori

della membrana neurale accoppiano all’entrata di un neurotrasmettitore l’entrata di

due ioni Na+ seconda la regola del cotrasporto, mentre i trasportatori vescicolari

secondo la regola del controtrasporto portano un H+ fuori dalla vescicola per fare

entrare un neurotrasmettitore al suo interno. Molti farmaci psichiatrici, droghe etc.

agiscono a livello dei trasporatori alterando il delicato equilibrio chimico del neurone.

La sintesi dell’Ach inizia quando ChAT unisce un gruppo acetile (CoA) dall’acetil CoA a

una molecola di colina che si trova in basse concentrazione nel fluido extracellulare e

ha un suo specifico trasportatore che la porta all’interno, questo processo è detto fase

limitante date la basse concentrazioni di colina. Il neurone produce anche l’enzima che

disfa l’ACh, questo enzima è acetilcolinesterasi (AChE) che viene secreto nella fessura

sinaptica e divide l’ACh in colina+acido acetico molto velocemente, in questo modo la

colina piò essere riutilizzata. È l’AChE che è bersaglio del gas nervino e quindi viene

impedita la separazione dell’ACh e il risultato sarà un variazione della trasmissione

sinaptica colinergica.

NEURONI CATECOLAMINERGICI

Neurotrasmettitore: l’aminoacido tirosina è a capo di tre amine dalla struttura chimica

detta catecol, queste amine sono la dopamina, la noradrenalina e l’adrenalina e fanno

parte della famiglia delle catecolamine. Questi neurotrasmettitore si trovano nel SNC

in neuroni che regolano movimenti, attenzione etc. L’enzima a capo della sintesi di

questi neurotrasmettitori è il tirosin-idrossilasi (TH) che trasforma la tirosina in un

composto detto dopa e che viene stimolato o inibito in seguito alle regolazione interne

o esterne di catecolamina. In seguito interviene l’enzima dopa-decarbossilasi

trasforma dopa in dopamina, questo enzima è presente in gran quantità nei neuroni

catecolaminergici, malattia di parkinson esiste perché ci sono poche quantità di dopa

in questi specifici neuroni. I neuroni che hanno noradrenalina oltre ad enzima TH e

dopa-decarbossilasi hanno l’enzima dopamina-beta-idrossilassi (DBH) che trasforma

dopamina in noradrenalina, questo enzima è posto dentro le vescicole dove poi

avviene la catalisi. I neuroni che hanno adrenalina oltre a tutti gli altri enzimi hanno

anche fentolamina-N-metiltransferasi (PNMT) che trasforma noradrenalina in

adrenalina. L’adrenalina viene rilasciato sia come neurotrasmettitore sia dalla

ghiandole surrenali nel sangue. Non esiste un enzima specifico che degrada questi

neurotrasmettitori che quindi vengono riportati integri, senza prima essere distrutti nel

citosol tramite trasportatori Na+ dipendenti. Molte droghe bloccano l’azione di questi

trasportatori prolungando l’azione di questi neurotrasmettitori. L’enzima che degrada

le catecolamine è il MAO ovvero monoaminoossidasi e si trova vicino ai mitocondri.

NEURONI SEROTONINERGICI

Il neurotrasmettitore è la serotonina (5-HT, 5 idrossitriptamina) che è un’amina e

deriva dal triptofano, questi neuroni non sono numerosi e sono particolarmente

importanti per regolare umore e sonno. La sintesi è divisa in due momenti, nel primo il

triptofano è trasformato in 5-HTP (5-idrossitriptofano) dall’enzima triptofano idrossilasi,

che in seguito verrà trasformato dall’enzima 5-HTP carbossilasi nel 5-HT che è il

neurotrasmettitore, la presenza di questo nel cervello è data dalla quantità di

triptofano nel sangue e la presenza di questo nel sangue è data dalla dieta. Una volta

rilasciato dalla cellula rientra in esso tramite uno specifico trasportatore, numerose

droghe agiscono su questo trasportatore (antidepressivi lo inibiscono) e una volta nel

citosol o viene riutilizzato oppure degradato da MAO.

NEURONI AMINOACIDICI

Questi neurotrasmettitori sono GABA, glutammato e glicina: gli ultimi due sono

aminoacidi presenti in tutte le cellule che vengono sintetizzati a partire dal glucosio in

base ad enzimi preesistenti. Per capire quali neuroni sono specifici per queste due

sostanze (che abbiamo detto sono presenti ovunque) bisogna individuare i

trasportatori vescicolari per questi due aminoacidi. Il glutammato a volte tramite

l’enzima decarbossilasi dell’aciido glutammico diventa GABA, i neuroni GABAergici

sono le principali sinapsi inibitorie. Questi aminoacidi vengono riassorbiti dal terminale

o dalle glia, in queste ultime poi vengono metabolizzate dall’enzima GABA

transaminasi.

ALTRI NEUROTRASMETTITORI

Probabilmente anche l’ATP funziona da neurotrasmettitore, viene rilasciato in seguito a

irruzione di CA2+ intracellulare però è incluso in una vescicola di solito insieme a un

altro neurotrasmettitore (per esempio le catecolamine, che quindi risultano

cotrasmettitori). L’ATP si lega ai recettori purinergici e stimola l’entrata nella cellula di

cationi. Oppure molecole lipidiche che si legano ai recettori endocannabinoidi (che

sono stati scoperti con la sostanza sintetica della canapa, ovvero la cannabis anche

detta THC, delta9-tetraidrocannabinolo) che stimolano l’appetito e permettono di

sentire meno il dolore, questi sono messaggeri retrogradi dato che permettono una

comunicazione dall’elemento postsinaptico a quello presinaptico. Il terminale

postsinaptico permette a Ca2+ di entrare in grandi quantità se stimolato e questo

permette la sintesi degli endocannabinoidi dai lipidi di membrana, queste sostanze

non vengono immagazzinate in vescicole ma sono prodotte a comando, sono

permeabili quindi diffondono tranquillamente e si legano al recettore CB1 per i

cannabinoidi che è posto sulla membrana presinaptica. L’ingresso di endocannabinoidi

nel citosol presinaptico non permette a Ca2+ di entrare nell’elemento presinaptico e

questo impedisce la funziona inibitoria o eccitatoria del neurone stesso. Anche il

monossido di azoto (NO) è un neurotrasmettitore prodotto dall’arginina e regola la

circolazione del sangue, può anche diffondere lontano dal sito cellulare, diffonde

facilmente attraverso la membrana.

STUDIO DEI SISTEMI RECETTORI (si analizza il recettore nicotinico del muscolo

scheletrico)

Tutti i recettori sono lunghi 11 nm e sono composti da 5 subunità disposte a cerchio a

formare un poro. Le 5 subunità sono 5 proteine diverse: due subunità α, β, γ, δ. Sulle

due subunità α si trovano due siti di legame per Ach, quando entrambi sono occupati

da questo trasmettitore allora il canale si apre. Il recettore nicotinico del neurone

invece ha 3α e 2β. Ogni subunità ha struttura primaria diversa però sostanzialmente

tutte le subunità sono costituite da 4 segmenti di elica α con relative zone

idrofobiche.

In ultima analisi risulta che tutti i canali sono pentameri, escluso il recettore per il

glutammato che è formato da 4 subunità (sembra si sia evoluto da un canale ionico

comune come quello della pompa sodio potassio data la somiglianza strutturale),

anche il canale purinergico (ATP) è diverso in quanto è costituito da un tot. Di subunità

ciascuna formata da 2 segmenti.

La particolarità di ogni canale ionico però è da osservare nel sito di legame (quello che

rende un canale diverso da un altro). I più importanti per la trasmissione veloce sono

quelli che legano proteine.

Quando si studia un canale ionico è bene osservare alcune cose: conduttanza (per

determinare grandezza effetto), selettività (per determinare inibizione o eccitazione),

cinetica (per determinare la durata), farmacologia (per determinare quali

neurotrasmettitori legano).

CANALI GLUTAMMATO-DIPENDENTI: sono 3 i sottotipi di canali che ricevono il

glutammato. Importanti per la trasmissione sono soprattutto AMPA e NMDA, il

recettore kainato non è ancora stato studiato.

I canali AMPA permettono il passaggio di Na+ e K+ quindi depolarizzano la membrana

e producono effetto eccitatorio.

I canali NMDA eccitano così come quelli AMPA però fanno entrare Na+ e Ca2+ e sono

voltaggio-dipendenti. Ca2+ non solo contribuisce alla depolarizzazione ma provoca un

ampia serie di effetti (tra cui cambiamenti biologici che stanno alla base della

memoria a lungo termine). Il canale NMDA permette il passaggio di ioni in modo

particolare: innanzitutto il canale si apre quando viene a contatto con il glutammato

però c’è uno ione Mg2+ (magnesio) che blocca il poro, quando Vm è a riposo, Mg2+

libera il poro solo in seguito a depolarizzazione di membrana, quindi i canali NMDA

aspettano la depolarizzazione della membrana causata dai canali AMPA.

CANALI per il GABA E la GLICINA: molto simile ai recettori nicotinici dell’Ach, hanno

subunità α a cui si lega il neurotrasmettitore e subunità β. Sono i principali

responsabili dell’inibizione (soprattutto quelli per il GABA). L’inibizione se è troppa

porta al coma se è troppo poca porta a crisi, quindi questi canali hanno altri siti di

legame per sostanza che devono regolare l’inibizione, come sostanza come il

benzodiazepine (valium) o i barbiturici che si legano senza avere grossi riscontri a

canale chiuso, ma quando il canale è legato oltre che a queste sostanze anche al

neurotrasmettitore aumento la frequenza o la durata di apertura contribuendo ai PPSI.

Solo i canali che rispondono al GABA rispondono anche a queste sostanze a causa

della differenza molecolare, anche l’etanolo contribuisce all’inibizione (perché questo

canale ha una struttura adatta ad accogliere l’etanolo). Si sta cercando quali siano i

ligandi endogeni (ovvero di origine naturale) che hanno a che fare con questi canali

dato che si immagina bene che questi non si sono evoluti per accogliere farmaci di

regolazione così moderni, una sostanza naturale che si lega a questi canali sono i

neurosteroidi (mataboliti degli ormoni steroidei sintetizzati dal colesterolo nelle

ghiandole surrenali, nelle gonadi e nelle glia), però hanno un loro sito di legame

specifico.

ECCITOTOSSICITà: processo di suicidio neuronale causata da un implosione della

cellula nervosa dovuta a troppa entrata di H2O nella celllula, troppi Ca2+ intracellulari

che stimolano gli enzimi che degradano varie sostanza all’interno della cellula. Se si

ferma la pompa sodio potassio, dovuta a mancanza di O2 (e quindi mancanza di ATP)

gli ioni Ca2+ entrano nella cellula, questo provoca entrata di glutammato che

permette a Ca2+ di entrare nella cellula e quindi ad ancora più glutammato di

subentrare. Quando le concentrazioni intracellulari di Ca2+ sono troppo elevate la

cellula implode auto-ingoiandosi, è questo che succede in malattie come morbo di

Alzheimer o sclerosi laterale amiotrofica.

RECETTORI LEGATI A PROTEINA G

Di solito la proteina recettore in sé è composta da un unico polipeptide composto da 7

eliche α. Due cappi extracellulari determinano quali neurotrasmettitori si legano e due

cappi intracellulari invece determinano quale proteina G attivare grazie ad un cambio

conformazionale.

Questi recettori sono i maggiori responsabili della comunicazione cellulare e sono tutti

legati a proteina guanosintrifosfato (GTP), famiglia di 20 molecole proteiche diverse.

Queste proteine funzionano tutte allo stesso modo:

- Proteina G è composta da 3 subunità: α, β, γ. Una molecola di GDP

(guanosindifosfato) è legata, quando recettore non è legato al trasmettitore,

alla subunità α.

- Quando il recettore accoglie il neurotrasmettitore allora GDP si allontana dalla

proteina e viene sostituito da GTP (che si trova nel citosol)

- Questo permette alla subunità α + GTP di spostarsi sulla faccia intracellulari e

così anche al complesso βγ.

- La subunità α è in realtà un enzima in grado di convertire GTP in GDP

(eliminando un gruppo fosfato) e quindi terminare il compito della proteina G

che è tornata al punto di partenza riunendo le 3 subunità.

Queste proteine possono sia inibire, quindi vengono chiamate Gi, sia eccitare, quindi

vengono dette Ge.

Proteine effettrici: canali proteina G dipendenti oppure enzimi attivati da proteina G.

Un esempio di canale dipendente da proteina G è il recettore colinergico muscarinico,

che inibisce il battito cardiaco. La subunità βγ si sposta sino ad attivare il canale per il

potassio corretto .

L’altro processo attivato da proteina G è la cascata del secondo messaggero.

LEGGERE SUGLI APPUNTI DI BIOLOGIA CASCATA CHIMICA DI PROTEINA G

Divergenza= fenomeno per il quale un neurotrasmettitore può influenzare diversi tipi

di recettore provocando diversi effetti, la divergenza può essere osservata a livello di

apertura del canale trasmettitore dipendente o a uno qualsiasi dei livelli della cascata

del secondo messaggero

convergenza= fenomeno per il quale un trasmettitore attiva il suo recettore e nel

contempo un altro neurotrasmettitore attiva il suo diverso recettore e questi recettori

però attivano lo stesso effetto.

CERVELLO

Composto da sistema nervoso centrale (SNC) e sistema nervoso periferico (SNP). Per

poter parlare del cervello è necessario conoscerne i riferimenti anatomici (indicazioni

spaziali): il cervello si estende dal capo al midollo spinale che si trova all’interno della

colonna vertebrale, quindi il cervello inizia nella zona anteriore o rostrale sino alla zona

posteriore o caudale. La colonna vertebrale affiora sul lato dorsale dell’animale che è

esattamente opposta alla zona ventrale. Il cervello è diviso in due parti una destra e

una identica sinistra e la linea che li divide è detta linea MEDIANA, le strutture vicine a

questa linea sono dette MEDIALI mentre le strutture lontane da essa sono dette

LATERALI (naso mediale rispetto a occhi) e due strutture che si collocano sullo stesso

lato sono dette IPSILATERALI (occhio destro è ipsilaterale all’orecchio destro). Se

invece le strutture sono nelle due zone differenti sono dette CONTROLATERALI.

Per studiare il cervello è necessario affettarlo, una fetta è detta sezione, quindi il

cervello viene sezionato. Il sezionamento avviene secondo uno dei tre piani di sezione

anatomica: piano sagittale mediano (che consiste tagliare secondo le due metà

(destra e sinistra), piano orizzontale consiste nel tagliare dividendo la parte dorsale da

quella ventrale (a partire dagli occhi sino agli orecchi) e il piano coronale consiste nel

dividere la parte rostrale da quella caudale (prende gli occhi ma non gli orecchi).

SISTEMA NERVOSO CENTRALE

Il SNC è composto dal cervello e dal midollo spinale (entrambi racchiusi in un osso).

Il cervello a sé è suddiviso in diverse zone:

- Encefalo: la parte più grande e rostrale, diviso in due emisferi che sono divisi

dalla SCISSURA INTEREMISFERICA. L’emisfero destro controlla sensazioni e

movimenti del lato sinistro e viceversa.

- Cervelletto: detto così per le dimensioni anche se il numero di neuroni

nell’intero encefalo e nel cervelletto è la stessa. È impiegato nel controllo del

movimento e ha connessioni sia con l’encefalo sia con il midollo spinale. La

parte CEREBELLARE sinistra controlla il movimento sinistro, la parte cerebellare

destra il movimento destro del corpo.

- Tronco encefalico: stela da cui si dipartono encefalo e cervelletto, punto di

ristrasmissione dell’informazione per encefalo, cervelletto e midollo spinale. Qui

avviene il controllo delle funzioni vitali (respirazione, coscienza, temperatura

corporea), una lesione in questa zona porta alla morte.

- Midollo spinale: attaccato al tronco encefalico migliore metodo di trasmissione

dell’informazione da muscoli, pelle e giunture al cervello. Frattura del midollo

spinale provoca un assenza di sensazioni per quanto riguarda una determinata

parte del corpo. Comunica con il corpo a livello dei nervi spinali (che fanno parte

del SNP) che sono collegati al midollo spinale tramite le radici dorsali

(informazione al midollo spinale) e le radici ventrali (informazioni dal midollo

spinale) che fuoriescono dal midollo tramite incavi posti tra una vertebra della

colonna vertebrale e l’altra.

SISTEMA NERVOSO PERIFERICO (SNP)

Si divide in SMP somatico e SNP viscerale.

- SNP somatico: nervi spinali che portano i nervi alla pelle alle giunture e ai

muscoli volontari. Assoni motori (che c’entrano con la contrazione muscolare)

partono dai motoneuroni del midollo spinale che escono dalle radici ventrali, i

corpi di questi neuroni sono nel SNC e gli assoni nel SNP. Gli assoni

somatosensitivi raccolgono informazioni da pelle, giunture e muscoli e entrano

nel midollo spianale dalla radice dorsale, i corpi di questi neuroni non sono nel

SNC ma sono nei GANGLI delle RADICI DORSALI (giusto vicino al midollo

spinale).

- SNP viscerale (o sistema nervoso autonomo): neuroni che innervano organi

interni, vasi sanguigni e ghiandole. Gli assoni sensitivi viscerali portano

informazioni viscerali, quali pressione arteriosa e quantità di O2 nel sangue al

SNC, mentre le fibre viscerali motorie controllano contrazione e funzione delle

strutture involontarie (come il muscolo cardiaco).

Assoni efferenti: che porta da un particolare punto

Assoni afferenti: che porta verso un particolare punto.

Oltre ai nervi che dipartono dal midollo spianale esistono 12 paia di NERVI che

innervano il CAPO e ognuno ha un nome e numero di riferimento e tutti partono dal

tronco encefalico, alcuni fanno parte del SNC altri dell’SNP viscerale e altri ancora

dell’SNP somatico. In sostanza sono un insieme di assoni.

Il SNC non è a contatto con l’osso che lo riveste ma è protetto da tre membrane dette

meningi: sono dette rispettivamente DURA MADRE; ARACNOIDE, PIA MADRE.

- Dura madre: di consistenza simile al cuoio, è anelastico e protegge il cervello e

il midollo spinale.

- Aracnoidea: sottostante alla dura madre (unita ad essa fino a che non si

rompono i vasi sanguigni della dura madre, in questo caso il sangue viene

raccolto tra la dura madre e l’aracnoidea, detto anche ematoma subdurale e si

può curare praticando un foro nel cranio e drenando il sangue), questo involucro

ha forma di tela di ragno.

- Pia madre: sottile involucro che ricopre il cervello, piena di vasi sanguigni che

poi entrano nel cervello, separata dall’aracnoidea da una sostanza liquida

(chiara e salata). Questa sostanza liquida si dice riempie lo spazio

subaracnoideo e è chiamato LIQUIDO CEREBROSPINALE (LCS)

Il cervello è cavo, le cavità sono dette VENTRICOLI e costituiscono il SISTEMA

VENTRICOLARE. Questo sistema è ripieno di liquido cerebrospinale, liquido prodotto

dal tessuto detto PLESSO COROIDEO ed è sito nei ventricoli. Il liquido fluisce dai

ventricoli per andare il alcune cavità nel cuore dell’encefalo per andare attraverso

piccole aperture vicine alla zona di contatto tra cervello e tronco encefalico ad irrorare

lo spazio subaracnoideo, dove poi viene assorbito dai vasi sanguigni in speciali zone

dette VILLI ARACNOIDEI. Se LSC non viene assorbito dai villi torna nei ventricoli che

cercano di espandersi portano ad una malattia detta IDROENCEFALIA che può portare

alla morte.

METODI PER STUDIARE IL CERVELLO DAL VIVO

Tomografia computerizzata: Radiazioni elettromagnetiche investono alcuni tessuti

radioopachi, usando una pellicola sensibile ai raggi X possiamo ottenere immagini

bidimensionali delle ombre proiettata dalle strutture radioopache. Non funziona molto

con il cervello che è tridimensionale e poco radioopaco. Per questo è stata inventata

la tecnica della tomografia computerizzata (da Cormack e Hounsfield) che permette di

ottenere l’immagine di una sezione del cervello. Fonte di raggi X viene fatta ruotare,

secondo una delle tre sezioni attorno alla testa, dall’altro lato della fonte di raggi X

sono posti sensori elettronici sensibili ai raggi X che mandano ad un computer le

informazioni sulla radioopacità, il computer con un algoritmo matematico porta ad

ottenere un’immagine delle zone radioopache della sezione desiderata.

Risonanza magnetica: Serve per determinare la quantità di atomi in una determinata

zona corporea così facendo si ottiene una mappa completa e dettagliata del cervello

da qualsiasi sezione e non sono necessari raggi X. Gli atomi di idrogeno hanno un

nucleo formato da solo un protone che può trovarsi al momento della RM in due stadi,

uno a bassa energia e l’altro ad alta energia. Con questa tecnica si osserva come gli

atomi di idrogeno rispondono a un’intensa perturbazione di campo magnetico: si fa

passare un’onda elettromagnetica (tipo onda radio) nel cervello grazie ad un magnete,

quest’onda investe i protoni che alla giusta frequenza detta FREQUENZA di

RISONANZA e fa passare quelli che sono nello stadio a bassa energia nello stadio ad

alta energia, quando l’onda viene interrotta questi protoni tornano dallo stadio ad alta

energia a quello a bassa energia producendo uno specifico segnale radio che è

raccolto da una ricetrasmittente. Se il segnale è forte numerosi saranno i protoni che

hanno cambiato stadio. Con la RM non si ottiene solo la quantità di atomi di idrogeno

ma anche la locazione spaziale dato che i protoni ad alta frequenza sono quelli più

investiti dal campo magnetico. In seguito la misurazione viene spostata di pochi mm

per continuare la misurazione. L’ultimo passaggio è quello nel quale il computer

elabora le immagini. Con la RM è possibile osservare lesioni (più H2O) o malattie

demielinizzanti.

Immagini funzionali del cervello: TC e RM permettono solo di analizzare le strutture

anatomiche del cervello non quelle elettriche o chimiche. Due sono le tecniche che

permettono di osservare il cervello funzionale, ovvero il cervello vivente mentre

compie determinate azioni semplici

- Tomografia ad emissione di positroni (PET): si inietta una soluzione radioattiva

contente atomi di positrone (elettroni a carica positiva) nel sangue che porta

questa soluzione ovunque, quando i positroni interagiscono con gli elettroni si

producono fotoni di radiazione elettromagnetica che vengono rilevati da

specifici sensori. Una sostanza che può essere iniettata è il 2-deossiglucosio

(che possiede un isotopo del glucosio che emette positroni) che viene assorbito

dai neuroni che necessitano di glucosio, fosforilato in modo da impedirne la

fuoriuscita e quindi si osserva dove sono localizzati questi positroni dato che

specifici sensori rilevano questi fotoni dati dall’emissione di positroni. Con

questa tecnica si possono osservare le variazioni metaboliche dei neuroni e

anche fare eseguire semplici compiti (leggere a voce alta, muovere un dito) al

paziente che ha il capo inserito in un apparecchio pieno di rilevatori. In seguito

si sottrae alla rilevazione di cervello non stimolato, quella del cervello stimolato

per osservare quali zone sono implicate in uno specifico compito.

- Risonanza magnetica funzionale (fMRI): permette un ottima scansione cerebrale

dato che osserva la differenza tra ossiemoglobina (emoglobina in forma

ossigenata) e deossiemoglobina (emoglobina che ha donato il suo ossigeno). In

pratica individua le regioni del cervello che richiedono più sangue e che in

seguito questo sangue dona più ossigeno. Questa tecnica non è invasiva, è

veloce e ha un’ottima risoluzione.

SISTEMA NERVOSO CENTRALE E SVILUPPO

Tutto parte dal tubo neurale che si sviluppa nella prima fase embrionale, il tubo

neurale poi diverrà il sistema ventricolare.

Piccolo dizionario:

- Sostanza grigia= insieme di corpi cellulari presenti nel SNC.

- Corteccia= insieme di neuroni che sono localizzati sulla superficie della

corteccia cerebrale.

- Nucleo= insieme di corpi cellulari nelle profondità del cervello, particolarmente

definito

- Substanzia= insieme di corpi cellulari nelle profondità del cervello, poco definito

- Locus= piccolo gruppo di cellule ben definito

- Ganglio= soma di neuroni del SNP, nel SNC esiste solamente il ganglio della

base (nell’encefalo, implicati nel controllo del movimento), ganglio significa

nodo

- Nervo= solitamente fascio di assoni del SNP, nel SNC esiste solo il nervo ottico

- Sostanza bianca= insieme di assoni

- Tratto= insieme di assoni che hanno origine e destinazione comuni

- Fascio= insieme di assoni che non hanno origine né destinazioni comuni

- Capsula= gruppo di assoni che mette in comunicazione encefalo e tronco

encefalico

- Commessura= insieme di assoni che mette in comunicazioni due lati diversi del

cervello

- Lemnisco= gruppo di assoni che serpeggia nel cervello.

SVILUPPO

L’embrione inizialmente si presenta come tre strati cellulari: endoderma che poi darà

origine a rivestimenti degli organi interni, mesoderma che darà origine a scheletro e

muscoli e ectoderma che darà origine al SNC e alla cute.

La parte dell’ectoderma che dà origine al SN è detta PLACCA NEURALE che è uno

strato sottile e piatto, da questa si formerà un solco in direzione rostrale/caudale che è

detto doccia neurale con ai lati delle pieghe neurali che si uniranno per dare vita al

TUBO NEURALE da cui poi deriva il SNC. Quando le pieghe si uniscono una parte di

ectoderma esce e si posiziona esternamente al tubo neurale, questa zona è detta

CRESTA NEURALE e da lì deriva il SNP. Il tubo neurale ora segue le forme che prende il

mesoderma che dopo un lasso di tempo avvolge il tubo neurale formando delle

protuberanze da cui poi nasceranno le 33 vertebre, queste protuberanza vengono

dette SOMITI, i nervi che innervano i muscoli scheletrici sono detti per questo nervi

motori SOMATICI. Questo processo che conduce la placca neurale a diventare tubo

neurale è detto NEURULAZIONE (avviene a 22 gg di gravidanza), che in ultima analisi

dipende da una corretta dieta materna (molto acido folico), dalla disposizione

tridimensionale delle cellule e da una corrette sequenza genica di queste (determinate

da sostanza chimiche locali, tipo emoglobina materna). Se la parte rostrale del tubo

neurale non si chiude allora si svilupperà una grave patologia detta ANENCEFALIA, che

non sviluppa il proencefalo nel cranio e porta alla morte, la mancata chiusura della

parte caudale porta alla condizione clinica della SPINA BIFIDA che nei casi più gravi

porta al mancato sviluppo del midollo spinale e della colonna vertebrale, solitamente

non porta alla morte ma necessita di continue cure mediche.

In seguito il tubo neurale va incontro al processo di DIFFERENZIAZIONE nel quale le

varie strutture cerebrali iniziano a definirsi: dalla parte rostrale del tubo neurale

cominciano a formarsi tre vescicole (dette vescicole primitive): nella parte rostrale

troviamo il PROENCEFALO, in mezzo c’è il MESENCEFALO e nella parte caudale

troviamo il ROMBENCEFALO (collegato poi al midollo spinale).

In seguito il PROENCEFALO si suddivide in due strutture doppie (le vescicole

secondarie): VESCICOLE TELENCEFALICHE, VESCICOLE OTTICHE e la parte non divisa in

due viene detta DIENCEFALO. Le vescicole ottiche diventeranno poi gli steli e i calici

ottici che poi diverranno NERVI OTTICI e le due RETINE.

Le vescicole telencefaliche invece costituiscono i due emisferi cerebrali dato che

aumentano di dimensione sovrastando il diencefalo, in essi poi si svilupperanno più

strutture. Dalle superfici ventrali dei due emisferi nascono due vescicole che

diventeranno il bulbo olfattivo.

I due emisferi sono sopra e lateralmente sono fuse con il diencefalo. Tra la parte

superiore e il diencefalo ci sono dei buchi ricolmi di liquido che sono i VENTRICOLI

LATERALI, mentre quello spazio (collegato ai ventricoli laterali) sopra il diencefalo è il

TERZO VENTRICOLO.

I neuroni del telencefalo poi sviluppano la sostanza grigia, divisa in CORTECCIA

CEREBALE e TELENCEFALO BASALE e invece il diencefalo si distingue in TALAMO

(sopra) e IPOTALAMO (sotto).

Gli assoni del proencefalo invece si uniscono a formare la sostanza bianca e si possono

individuare tre diverse strutture: SOSTANZA BIANCA CORTICALE (assoni da e per la

corteccia), CORPO CALLOSO (assoni che permettono ai due emisferi di comunicare) e

CAPSULA INTERNA (assoni che permettono al talamo e al midollo spinale di

comunicare).

Il proencefalo comunica con il midollo e con il tronco encefalico e questo è necessario

per le sue funzioni di percezione, controllo del movimento volontario e sensazioni.

Tutte le informazioni proveniente da bulbi olfattivi, nervi ottici e midollo spinale prima

di passare alla corteccia (zona più importante) fanno tappa nel talamo (è qui che

informazioni parte destra del corpo passano a talamo, capsula interna sinistra e

corteccia sinistra). Invece la corteccia ritrasmette le informazioni dal tronco e poi a

volte giù per il midollo (sempre lo stesso lungo assone) formano il tratto

CORTICOSPINALE. Altra via di comunicazione passa per il telencefalo basale, dove

sono i gangli della base. Nel telencefalo basale ci sono numerose strutture, quali

l’AMIGDALA (percezione emozione e paura).

L’ipotalamo invece è una struttura primitiva poco evoluta ma che controlla le funzioni

autonome (viscerali) del corpo in risposta ai bisogni dell’organismo. L’ipotalamo

comunica con il SNA e con l’ipofisi (struttura sotto il diencefalo), tramite la quale

vengono mediate informazioni per tutto l’organismo dato che questa invia messaggi

ormonali.

MESENCEFALO

Non si evolve molto durante la differenziazione: la parte dorsale si evolve in una

struttura detta TETTO, la parte ventrale diventa il TEGMENTO e lo stretto canale

interno al mesencefalo diventa l’ACQUEDOTTO CEREBALE che comunica rostralmente

con il terzo ventricolo.

Il mesencefalo ha una struttura semplice ma permette al proencefalo di comunicare

con il midollo spinale e il tronco encefalico (tramite assoni) ed è implicato nelle

sensazioni e nel controllo del movimento.

- TETTO= si divide a sua volta in due zone: COLLICOLI SUPERIORI che ricevono

afferenze dagli occhi (infatti sono anche detti TETTO OTTICO) e gestisce il

controllo del movimento oculare eseguendo connessioni sinaptiche tra

motoneuroni e muscoli oculari e COLLICOLI INFERIORI che ricevono afferenze

dalle orecchie.

- TEGMENTO= molto colorato contiene substanzia nigra (nera) e nucleus subens

(rossa) che sono implicati nel controllo del movimento volontario. Nel

mesencefalo passano anche assoni dediti alla regolazione della coscienza, del

piacere, del dolore.

ROMBENCEFALO

Si suddivide in due zone: metencefalo (la zona rostrale) che si suddivide in

CERVELLETTO e PONTE e mielencefalo (zona caudale) che costituisce il MIDOLLO

ALLUNGATO o BULBO. L’acquedotto cerebrale qui è detto QUARTO VENTRICOLO.

METENCEFALO = Durante la differenziazione, inizialmente il rombencefalo è un

cilindro, in seguito la superfice dorso-laterale, detti i due PLICI ROMBOIDALI

aumentano di lunghezza sino ad unirsi in alto a formare il cervello, mentre la zona

ventrale si allarga andando a costituire il ponte.

MIELENCEFALO= il rombo non cambia particolarmente, aumenta di volume la zona

ventro-laterale, la zona più ventrale porta due fasci assonici a forma triangolare detti

PIRAMIDI BULBARI, mentre quella dorsale è un sottile strato di cellule epidemiali (no

neuroni).

Anche il rombencefalo è importante per la trasmissione proencefalo-midollo spinale. I

neuroni qui presenti regolano movimento volontario, sensazioni e SNA.

Il cervelletto è importante per il controllo del movimento e riceve assoni da midollo

spinale (localizzazione spaziale del corpo) e dal ponte (assoni dalla corteccia, indicano

i bersagli dei movimenti volontari). Gli assoni che passano mesencefalo al ponte poi

fanno sinapsi con i reciproci controlaterali del cervelletto.

- PONTE: situato sulla parte ventrale del tronco encefalico, collega cervelletto alla

corteccia cerebrale. Gli assoni del ponte che non fanno sinapsi con i neuroni del

cervelletto costituiscono le piramidi bulbari e costituiscono il tratto

corticospinale, tra bulbo e midollo spinale gli assoni delle piramidi bulbari

passano dalla linea mediana al lato controlaterale secondo la DECUSSAZIONE

(piramidale in questo caso). Contiene molti neuroni sensitivi, motori, uditivi,

gustativi e tattili.

MIDOLLO SPINALE

Il buco del tubo neurale, durante la differenziazioni e quindi con l’espansione delle

pareti va a formare il piccolo CANALE SPINALE.

La sostanza grigia (i vari soma dei neuroni) ha forma di farfalla e costituisce il corno

ventrale (sotto), corno dorsale (sopra) e zona intermedia (in mezzo), il resto è

costituito da sostanza bianca che prendono il nome di colonne ventrali (sotto), dorsali

(sopra), laterali (intermedie).

I neuroni del corno dorsale ricevono assoni dalle radici dorsali, i neuroni del corno

ventrale proiettano assoni alle radici ventrali (che innervano i muscoli) e quelli della

zona intermedia producono output in risposta a input sensoriali.

Assoni della colonna dorsale trasportano informazioni somatosensitive dal midollo

spinale (e relativa zona del corpo) al bulbo, gli assoni dal bulbo poi fanno decussazione

alla zona controlaterale del talamo. Gli assoni della colonna laterale sono quelli del

tratto corticospinale e innervano i neuroni della zona intermedia e del corno ventrale.

Il midollo spinale risulta il centro della trasmissione nervosa e del controllo del

movimento.

Il sistema ventricolare serve per orientarsi nel riconoscimento delle strutture cerebrali.

DIFFERENZE TRA SNC DEI MAMMIFERI e QUELLO DELL’ESSERE UMANO: la corteccia e

costituita dalle circonvoluzioni o giri (che sono i canali) e dai solchi (canali), che sono

dovuti all’enorme espansione della corteccia cerebrale nell’uomo che per stare dentro

il cranio deve ripiegarsi per compattarsi. La zona che più è cresciuta della corteccia è

quella che sovrasta i ventricoli e si trova lateralmente al cervello ed è detta LOBO

TEMPORALE dato che si trova sotto l’osso temporale del cranio, subito sotto l’osso

frontale (davanti) vi è il LOBO FRONTALE la cui fine è segnata da un grosso solco detto

SOLCO CENTRALE che a sua volta segna l’inizio del LOBO PARIETALE (sopra,

leggermente dietro) e che caudalmente è seguito dal LOBO OCCIPITALE. Tutti i nomi

dei lobi della corteccia derivano dal nome delle ossa che la sovrastano.

CORTECCIA CEREBRALE

Simile in tutti i mammiferi. In essa i corpi dei neuroni sono disposti in strati, lo strato

più superficiale della corteccia (quello a contatto con la pia madre) è detto primo

strato e non è costituito da neuroni ma da molecole. Nonostante questo nella corteccia

c’è sempre uno strato di cellule piramidale che estende i suoi dendriti (detti dendriti

apicali) sino al primo strato dove poi formano ramificazioni.

La corteccia però è suddivisa. Ci sono delle circonvoluzioni giusto laterali e sotto ai

ventricoli laterali e sono detti IPPOCAMPO (un solo strato cellulare), connesso ad esso

sotto e lateralmente possiamo osservare la CORTECCIA OLFATTIVA (due strati cellulari)

che è collegata con il bulbo olfattivo che è rostrale ad essa. Collegata alla corteccia

olfattiva ed è possibile riconoscere la divisione tramite il SOLCO RINALE (piccolo solco

laterale, non è una scissione) c’è la NEOCORTECCIA che è un numeroso strato di

cellule. Solitamente quando si parla di corteccia in realtà si indica la neocorteccia, ed è

questa che nel corso dell’evoluzione è cresciuta.

Anche la NEOCORTECCIA può essere suddivisa in una mappa citoarchitettonica, con

suddivisione in numerosi qualora la corteccia abbia simile citoarchitettura.

Questa si è sviluppata secondo i ricercatori a partire dalle diverse funzioni di ogni

area, così Leah Krubitzer individuò le:

- Aree sensoriali primarie: aree di cui sono dotati tutti i mammiferi e sono le aree

che per prime ricevono le informazioni sensoriali ascendenti (area 17, detta V1,

area visiva primaria riceve informazioni col percorso retina-talamo-corteccia)

- Aree sensoriali secondarie: aree che hanno molte interconnessioni con le aree

sensoriali primarie

- Aree motorie: servono per il controllo del movimento volontario (area 4, M1,

corteccia motoria primaria, percorso ascendente nuclei talamici- telencefalo

basale-cervelletto percorso discendente neuroni del controllo motorio nel tronco

encefalico-midollo spinale).

Quello che si è ampliato nel cervello dei diversi mammiferi durante l’evoluzione è il

numero di aree secondarie deputate a una certa funzione, l’uomo dipende dalla

visione quindi ha tra le 20 e le 40 aree secondarie deputate alla visione. Oltre alle aree

primarie, secondarie, motorie ci sono altre aree dette associative che sono una

caratteristica ultima dei mammiferi e che si trova soprattutto nel lobo frontale e

temporale è deputato alla mente.

ANATOMIA DEL CERVELLO

Se i canali dei solchi sono grandi vengono detti SCISSURE, le convessità GIRI.

Possiamo osservare alcune strutture comuni a tutti gli esseri umani:

Giro postcentrale : caudale rispetto al solco centrale. Neuroni somatici (tatto)

Giro precentrale: rostrale rispetto al solco centrale. Neuroni M1

Scissura laterale (di Silvio): centro del lobo temporale. Se si infila un dito e si separano

lobo temporale e frontale sotto possiamo osserva l’insula.

Giro temporale superiore: parte dalla scissura di Silvio e si estende caudalmente.

Mappa di Broadmann (organizzazione aree)

Aree visive 17, 18, 19 sono nel lobo occipitale

Aree sensoriali 1,2,3 sono nel lobo parietale

Aree uditive 41,42 sono nel lobo temporale

Aree gustativa 43 superfice inferiore lobo parietale a contatto con l’insula.

Area motoria primaria 4, area motoria supplementare e premotoria 6, subito

rostralmente al solco centrale.

Aree associative sono corteccia inferotemporale, corteccia prefrontale, corteccia

parietale posteriore.

GUSTO

Su tutti i sapori esistenti al mondo sono 5 i le categorie gustative esistenti: acido,

salato, amaro, dolce e umami (sapore acido glutammico). La percezione dei sapori

deriva anche in parte dall’evoluzione e dipende dal nostro cervello che combina

informazioni riguardo a gusto, olfatto e consistenza.

La lingua sta alla base della percezione dei sapori, ma non è l’unica contribuente a

questa percezione, ad essa partecipano recettori olfattivi, epiglottide etc.

Il dolce viene percepito meglio in punta della lingua, l’amaro in fondo e acido e salato

ai lati. La lingua è ricoperta di piccole protuberanze dette papille: esistono le papille

foliate (forma allungata), papille vallate (forma convessa) e papille fungiformi.

Ogni papilla gustativa ha numerosi CALICI DEL GUSTO che sono a loro volta formati da

50-150 cellule RECETTRICI del GUSTO che però non sono le uniche cellule dell’epitelio

linguale, infatti ci sono anche le cellule basali nonché assoni afferenti del gusto che

fanno sinapsi con i recettori. A basse concentrazioni di sostanza stimolatrici la

percezione del sapore non avverrà mentre ad alte concentrazioni si supera la

concentrazione soglia e il sapore verrà percepito. I microvilli sono le zone dove avviene

la percezione del sapore. I recettori possono percepire anche più sostanze, la

percezione della differenza tra due sostanze avviene nel cervello.

Anatomia delle cellule recettrici del gusto: la regione detta poro gustativo è quella

zona dove la cellula gustativa entra in contatto con le sostanze chimiche disciolte nella

saliva, da questa si dipartono i microvilli. Le cellule gustative fanno sinapsi con gli

ASSONI SENSITIVI dei calici gustativi. Ci sono anche sinapsi elettriche e chimiche con

le cellule basali dell’epitelio linguale. La vita media delle cellule gustative è due

settimane e se il NERVO SENSITIVO viene reciso allora le cellule del gusto andranno

incontro a degenerazione.

Quando una cellule gustativa viene a contatto con una sostanza chimica solitamente si

depolarizza (POTENZIALE DEL RECETTORE) ovvero varia il potenziale di membrana, se

la depolarizzazione è sufficiente ovvero il valore soglia viene superato allora la cellula

gustativa invierà un potenziale d’azione, ovvero entrano Ca2+ nel citosol che

permettono la liberazione della molecola trasmettitore (ancora non nota) che permette

di iniziare un potenziale d’azione sino al bulbo.

Il fatto che i recettori sono sensibili a più sostanze e inviano potenziali d’azione più o

meno potenti dipende dal meccanismo di trasduzione (stimolo ambientale= risposta

elettrica della cellula) del gusto di ogni cellula.

La trasduzione è il processo che permette ad uno stimolo ambientale di diventare un

segnale elettrico nella cellula, alcuni processi sensoriali (tipo l’udito) possiedono un

unico meccanismo di trasduzione mentre altri sistemi, come per esempio il gusto ne

possiedono diversi. I vari meccanismi di trasduzione possono essere apertura dei

canali ionici, apertura e blocco dei canali ionici, recettore che si lega alla molecola

segnale e attiva proteina G.

Salato= il composto chimico più comune che determina il sapore salato è il sale da

cucina (NaCl+), il sapore è dato da Na+, le cellule gustative sensibili al sodio hanno

canali Na+ dipendenti che però sono diversi dai canali Na+ voltaggio dipendenti e il

recettore antagonista è l’amiloride. Questi canali sono sempre aperti e non sono

sensibili alla variazione del Vm. All’aumento dell’Na+ nell’ambiente extracellulare il

gradiente di concentrazione cambia e quindi Na+ inizia ad entrare nel citisol. Questo

provoca una depolarizzazione che apre i canali Na+ e Ca2+ voltaggio dipendenti

vicino al sito attivo che permette alle vescicole di neurotrasmettitore di essere

rilasciate sino all’assone gustativo afferente. La percezione del salato dipende da

quanto grande è l’anione Cl- rispetto al catione Na+.

Acido= dato dallo ione idronio (H+) ovvero un protone, ha due meccanismi che

agiscono sulla trasduzione: H+ entra dal canale sodio amiloride dipendente (quello del

gusto salato) e depolarizza la cellula, oppure blocca selettivamente i canali K+ che

quindi non potendo defluire dalla cellula determinano variazione potenziale di

membrana.

Amaro= Abbiamo numerosi recettori T2R che rilevano l’amaro, dato che quasi tutte le

sostanza nocive sono amare, questi recettori sono recettori proteina G e sono simili ai

recettori proteina G sensibili al neurotrasmettitore. I recettori per l’amaro sono di 30

tipi diversi che solitamente si trovano tutti su una stessa cellula del gusto. Una cellula

gustativa può mandare solo un tipo di segnale all’assone afferente che in questo caso

sarà “attenzione, amaro”.

Il gusto amaro usa un altro metodo di trasduzione ancora per mandare il segnale

all’assone afferente.

Quando una molecola di amaro si lega al recettore per l’amaro si attiva una proteina G

che attiva l’enzima fosfolipasi C che aumenta la produzione intracellulare di IP3

(inositol trifosfato) che apre specifici canali ionici della cellula gustativa che fanno

entrare Na+ e Ca2+ (il quale oltre che dall’esterno viene anche rilasciato dai

magazzini intracellulari): tutto questo provoca una depolarizzazione.

Dolce= gusto associato alla proteina G, rispetto però al gusto amaro i recettori per il

dolce sono due proteine della famiglia T1R associate, T1R12 e T1R3 che una volta

legati al ligando si aprono e attivano lo stesso segnale che si attiva con il gusto

dell’amaro. Non viene confuso il gusto amaro con quello dolce perché le proteine

recettrici per il gusto e per l’amaro si trovano in due cellule del gusto diverse e perché

in ogni caso fanno sinapsi con assoni afferenti diversi.

Umami (aminoacidi)= Le proteine hanno diversi sapori, in ogni caso il recettore è

simile a quello per il dolce. È una solo proteina composta da due proteina T1R, T1R1 e

T1R3 (quest’ultima non varia rispetto al recettore del dolce). Il secondo messaggero

attivato ma la cellula del gusto e l’assone afferente non sono gli stessi.

Percorso del gusto dalla lingua al cervello= gli assoni che collegano la lingua al tronco

encefalico sono tre, i due terzi davanti della lingua sono collegati ad assone che

conducono al VII nervo, il nervo faciale. La terz’ultima zona è collegata al XI nervo, il

nervo glossofaringeo mentre glottide, epiglottide e faringe sono collegati al nervo

vago (X). Questi tre nervi entrano nel tronco encefalico e fanno sinapsi con il NUCLEO

GUSTATIVO che sta nel BULBO. I neuroni del nucleo gustativo hanno assoni che fanno

sinapsi con il nucleo ventrale postero-mediale (VPM) del TALAMO, che è una zona del

talamo dedicata alle informazioni che vengono dalla testa. Qui altri neuroni infine

dipartono i loro assoni nella corteccia gustativa che è l’area 36 di Broadmann che si

trova nell’insula. Lesioni al VPM possono portare ageusia ovvero perdita del senso del

sapore.

Le cellule del gusto non si collegano solo con il talamo, ma anche con il rachide

cerebrale a livello del bulbo che regola vomito, deglutizione e salivazione. Le

informazioni gustative vengono inviate all’ipotalamo che regola appetibilità, stimolo

del cibo.

La codifica di un gusto deriva probabilmente da alcune linee contrassegnate (ricordarsi

che cellule del gusto, assoni primari e relativi neuroni sono aspecifici) e dal CODICE DI

POPOLAZIONE, ovvero che un determinato gusto è codificato a partire dal numero di

neuroni sintonizzati in un preciso momento, neuroni con diverse scariche, con scariche

alte o basse, con scariche a volte assenti possono determinare con chiarezza il tipo di

gusto. Ci sono effettivamente anche neuroni preposti a riconoscere elementi termici e

densità in modo da poter distinguere tra una torta al cioccolato e un gelato al

cioccolato.

Particolare è l’apprendimento all’avversione dei sapori che determina l’incapacità di

gustare un determinato cibo in base alla sensazione di nausea provata

OLFATTO

Del sistema degli odori serve per riconoscere e anche per il comportamento

riproduttivo nel caso dei feromoni (per comunicare con esso gli animali usano il

sistema olfattivo accessorio, con una propria zona nel naso detto organo

vomeronasale e un suo bulbo olfattivo accessorio). Noi non odoriamo con tutto il naso

ma con un sottile strato cellulare detto EPITELIO OLFATTIVO posto in fondo al naso.

In esso troviamo tre tipi di cellule: cellule recettrici dell’olfatto (che hanno assoni che

conducono sino al SNC), cellule basali che danno origine ad altri recettori olfattivi e

cellule di supporto che sono come le nevroglia e servono alla produzione di muco.

Quando si odora l’aria entra nei passaggi del naso e solo una piccola percentuale

raggiunge lo strato di muco che riveste l’epitelio olfattivo. Il muco è costituito da

proteine (che si attaccano alle sostanze odorose), anticorpi, zuccheri a catena lunga,

sale e acqua.

Le cellule recettori del olfatto hanno un dendrite che porta sino alla superficie

dell’epitelio e lì ha numerose cilia che catturano la sostanza odorosa presente nel

muco e fanno partire la trasduzione. Le cellule recettrici dell’olfatto hanno dall’altro

capo un sottile gruppo di assoni senza guaina mielinica che passa attraverso la

LAMINA CRIBROSA e arriva sino al bulbo olfattivo. L’insieme degli assoni forma il nervo

olfattivo (I). Un trauma cranico provoca ANOSMIA (insensibilità agli odori).

Trasduzione olfattiva= solo di un tipo, rispetto alle numerose trasduzioni del gusto. La

trasduzione inizia con la sostanza odorosa che si lega ai recettori specifici posti sule

cilia. Il contatto sostanza odorosa-recettore attiva una proteina G che scivolando attiva

l’adenilato ciclasi che trasforma ATP in AMPciclico che si lega ai canali per i cationi

(Na+ e Ca2+) attivandoli, si aprono anche i canali per Cl-. Si ha la depolarizzazione e

se si supera il potenziale di recettore allora si innesca il potenziale d’azione. La fine è

determinata dall’allontanamento della sostanza odorosa grazie agli enzimi presenti nel

muco oppure grazie all’AMPc che determina la fine della trasduzione. In circa un

minuto ci si abitua tramite il fenomeno dell’adattamento alla sostanza odorosa quindi

anche se presente la stimolazione è scarsa. La quantità dei recettori è molto numerosa

data l’enormità di geni che codificano per i recettori olfattivi.

I recettori olfattivi (che probabilmente sono più di mille) e hanno una struttura un po’

diversa dai recettori olfattivi vomeronasali (per i feromoni) sono proteine G con 7

eliche alpha transmembrana. Le proteine G funzionano in associazione con altri

recettori anche con i neurotrasmettitori e con alcuni sapori. I recettori legati a proteina

G attivano in ultima analisi i secondi messaggeri. Il secondo messaggero attiva nel

caso delle proteine G olfattive è l’AMPciclico.

La codifica dell’informazione olfattiva anche per questo senso è data dal codice di

popolazione, ovvero dall’intensità della scarica, dall’intensità dell’odore che permette

di riconoscere un odore piuttosto che un altro.

Vie olfattive= gli assoni entrano dentro i due bulbi olfattivi dentro strutture dette

GLOMERULI che sono strutture di 50-200 mm di diametro che presentano 25.000

assoni olfattivi primari che fanno sinapsi con 100 neuroni olfattivi secondari, alcuni

assoni finiscono in determinati glomeruli precisi. I bulbi sono costituiti da glomeruli P2

posti simmetricamente, ogni glomerulo riceve assoni da una specifica cellula recettrici,

quindi la mappatura dei glomeruli fornisce la mappatura dei recettori nell’epitelio

olfattivo. Gli assoni efferenti dei bulbi olfattivi intanto fanno una prima segregazione

degli odori e poi si dirigono sino alla corteccia olfattiva e strutture relative nel lobo

temporale. Un'altra via che può seguire lo stimolo olfattivo potrebbe essere quella che

passa per il tubercolo olfattivo per poi andare al nucleo ventrale mediale del talamo

che poi si dirigerebbe sino alla corteccia orbitofrontale subito dietro alle orbite degli

occhi.

Riconoscimento dei vari odori:

- Codice di popolazione: ogni odore è rappresentato da una grande popolazione

di neuroni diversa, ognuno risponde in modo diverso e questo permette di

riconoscere gli odori.

- Mappa olfattiva: Neuroni che si attivano e si possono registrare creando una

mappa dell’odore, ovvero che comunque i vari assoni conducono a glomeruli

precisi e questo porta ad attivare specifici neuroni che possono essere

spazialmente riproducibili. Questa mappa, forse, serve per porre ordine tra gli

assoni o per riconoscere gli odori.

- Codificazione temporale: Quantità di scariche in un determinato lasso di tempo

può servire per il riconoscimento degli odori.

SISTEMA VISIVO

Luce:

Siamo circondati di radiazioni elettromagnetiche (onde di energia) e la luce è la

radiazione elettromagnetica a noi visibile. Le onde sono distinguibili a partire da tre

fattori: ampiezza d’onda, lunghezza d’onda (distanza tra un’onda e l’altra) e

frequenza. Maggiore è la lunghezza d’onda minore è l’energia. Il nostro occhio riesce a

vedere cose della lunghezza d’onda tra i 400 e i 700 nm. L’insieme delle lunghezze

d’onda all’uomo visibili caratterizza il bianco, ogni onda ha un colore dell’arcobaleno

diverso (colori caldi minore energia di quelli freddi) e è “colorato” dal nostro cervello in

base all’esperienza.

Un raggio d’onda viaggia lungo una linea retta sino a che non incontra molecole o

atomi che ne modificano il percorso, tre fenomeni sono:

- Riflessione: Il raggio si imbatte in un oggetto che riflette l’onda a seconda

dell’angolo con cui il raggio colpisce la superficie.

- Assorbimento: quando una particella o una superficie assorbono un raggio,

ovvero assorbono tutta l’energia del raggio d’onda, ci sono oggetti (come i

pigmenti) che assorbono solo alcune lunghezze d’onda e non altri.

- Rifrazione: consiste nel deviare il raggio di luce quando esso passa tramite due

superfici trasparenti (per esempio aria e acqua) e la rifrazione della luce,

l’angolazione a cui viene ritrasmessa dipende da che qual è la velocità della

luce nel nuovo mezzo conduttore.

ANATOMIA DELL’OCCHIO

Al centro dell’occhio troviamo la PUPILLA che è nera a causa della pigmentazione della

retina. Circonda la pupilla l’IRIDE (la parte colorata dell’occhio) della quale il colore

dipende dalla pigmentazione. Nell’iride possiamo trovare DUE MUSCOLI che

contribuiscono a fare restringere o allargare la pupilla. Ricopre queste due strutture la

cornea uno strato trasparente che continua nella SCLERA, il bianco dell’occhio che è la

parte dura del globo oculare. Dentro la sclera ci sono i muscoli EXTRAOCULARI che

permettono il movimento dell’occhio nell’orbita oculare. Sotto le palpebre possiamo

trovare la CONGIUNTIVA, una membrana ripiegata che parte dalle palpebre e si unisce

alla sclera. Dietro l’occhio possiamo trovare il NERVO OTTICO che è il fascio di assoni

che attraversa l’orbita e va a congiungersi con il SNC vicino all’ipofisi.

Con l’oftalmoscopio possiamo osservare cosa c’è dietro alla pupilla, ovvero la RETINA

che è piena di vasi sanguigni che dipartono da un punto detto DISCO OTTICO (da cui

partono anche le fibre del nervo ottico), nel quale c’è un’interruzione della visione

perché è un punto dove non ci sono recettori (così come non possiamo vedere

attraverso i vasi sanguigni che coprono la retina) però il nostro cervello ci permette di

elaborare i punti vuoti. In mezzo alla retina c’è un punto più scuro detto MACULA dove

è sita la visione centrale, la macula è gialla e senza vasi sanguigni. Al centro esatto

della retina è la FOVEA una macchia scura dove la retina è molto sottile. La fovea è un

ottimo punto di riferimento anatomico. Dalla fovea al naso RETINA NASALE, dalla fovea

al nervo ottico RETINA TEMPORALE, sopra la fovea RETINA SUPERIORE e sotto la fovea

RETINA INFERIORE.

Tra la cornea e la retina troviamo il CRITALLINO che è tenuto diritto dalle FIBRE

ZONULARI che sono uniti ai MUSCOLI CILIARI che a loro volta sono connessi alla sclera

e formano un anello intorno all’occhio. Il cristallino serve per la messa a fuoco. Il

CRISTALLINO divide anche i liquidi dell’occhio, tra cristallino e cornea si trova l’UMOR

ACQUEO e invece tra il cristallino e la retina c’è l’UMOR VITREO che serve con la sua

pressione a conferire la forma sferica all’occhio.

Disturbi dell’occhio:

Se i muscoli extraoculari non funzionano correttamente allora gli occhi non saranno

coordinati, nella esotropia gli occhi divergono all’interno nella exotropia gli occhi

divergono verso l’esterno. Questo provoca la perdita di percezione visiva da un occhio,

ovvero esso diventerà ambliopico, ovvero ha un acuità visiva bassa. La cataratta è un

annebbiamento del cristallino. IL glaucoma, ovvero la pressione dell’umor acqueo che

ha il compito di mantenere la forma dell’occhio se troppa porta alla cecità. Lo strappo

di retina accade dopo colpi in testa e permette all’umor vitreo di fuoriuscire dai buchi

della retina. La retinite pigmentosa invece comporta la perdita dell’uso dei

fotorecettori, mentre nella degenerazione maculare si perde la funzione dei

fotorecettori della vista centrale.

La funzione dell’occhio è quella di raccogliere i raggi di luce e metterli a fuoco sulla

retina grazie alle capacità rifrattive della cornea e del cristallino. Il raggio passa

dall’aria all’umor acqueo e questo comporta una rifrazione, ovvero una variazione

della direzionalità del raggio che passa da una sostanza trasparente ad un'altra e il

conseguente cambio di velocità. La superficie curva della cornea devia i raggi di luce

che la colpiscono e questi si dirigono verso la retina dal lato opposto dell’occhio. La

distanza tra il punto in cui convergono i raggi e la superficie di rifrazione è detta

DISTANZA FOCALE, che dipende da quanto è curva la cornea. Per misurare il potere di

rifrazione si calcolano le diottrie, ovvero 1/la distanza focale in metri. In un occhio

normale il potere di rifrazione è 42 diottrie e i raggi di luce che passano attraverso la

cornea saranno messi a fuoco 2,4 centimetri dietro la cornea.

Se invece apriamo gli occhi sotto l’acqua dato che la velocità del raggio è simile a

quella del umor acqueo allora il potere di rifrazione è annullato e non mettiamo bene

a fuoco.

Anche il cristallino contribuisce a mettere a fuoco oggetti con una distanza dal nostro

occhio minore di 9 metri, infatti a questa distanza i raggi non sono più paralleli ma

sono divergenti, compito del cristallino è cambiare forma (allargarsi o rimpicciolirsi)

per permettere una messa a fuoco ottimale, questo processo è detto

ACCOMODAMENTO. Questo fenomeno è dato dalla contrazione del muscolo ciliare, che

se contratto aumenterà di dimensioni e permetterà al cristallino di diventare più

grande, se invece rilassato permette al cristallino di tornare in forma appiattita.

Anche la pupilla contribuisce alla messa a fuoco tramite il riflesso pupillare alla luce,

ovvero la pupilla si restringe o si allarga in base alla luce, questo dipende dalla retina

che fa sinapsi con i neuroni del tronco encefalico che a loro volta fanno sinapsi con i

motoneuroni che controllano il movimento della pupilla, la restrizione della pupilla

aumenta la profondità della messa a fuoco. Il RIFLESSO PUPILLARE ALLA LUCE è

consensuale ovvero che se viene stimolato solo una pupilla anche l’altra si restringe o

si allarga, se non è così allora c’è un disturbo neurologico.

Il CAMPO VISIVO è il limite di spazio che uno dei nostri occhio riesce a vedere. Il raggio

di luce riflesso dagli oggetti è invertito all’interno della nostra retina.

La capacità dell’occhio di distinguere tra due punti vicini è detta ACUITÀ VISIVA e

dipende dalla retina e dalla densità dei fotorecettori retinici. Le distanze sulla retina

sono calcolate in base all’ANGOLO VISIVO ovvero ad una certa distanza corrisponde un

tot. Grado di distanza sulla retina.

NEUROSCIENZE DELL’OCCHIO

Architettura della retina:

La via più diretta di passaggio dall’occhio al cervello è che l’informazione passi dai

FOTORECETTORI alle CELLULLE BIPOLARI alle CELLULE GANGLIARI, altrimenti esistono

anche la CELLULA ORIZZONTALE (che si estende orizzontalmente per andare ad

innervare un’altra cellula orizzontale, un fotorecettore o una cellula bipolare e le

CELLULE AMACRINE che innervano altre cellule amacrine, o le cellule bipolari o le

cellule gangliari. Solo i FOTORECETTORI sono sensibili alla luce e solo le CELLULE

GANGLIARI sono efferenti e dirigono assoni nel nervo ottico e quindi nel cervello.

Queste cellule sono disposte con le cellule gangliari disposte nella parte anteriore,

davanti a quelle bipolari e ai fotorecettori, che quindi sono collocati posteriormente a

contatto con l’epitelio pigmentato che contribuisce al mantenimento dei fotorecettori e

ad assorbire completamente la luce che attraversa quindi tutta la retina.

La retina è divisa in strati:

- Strato delle cellule gangliari: che contiene i corpi cellulari gangliari

- Strato plessiforme interno: sinapsi tra cellule gangliari, amacrine e bipolari

- Strato nucleare interno: contiene corpi cellulari delle cellule amacrine, delle

cellule bipolari e delle cellule orizzontali

- Strato plessiforme esterno: che contiene le sinapsi tra cellule bipolari,

orizzontali e fotorecettori

- Strato nucleare esterno: contiene corpi cellulari fotorecettori

- Strato dei segmenti esterni dei fotorecettori: contiene gli elementi fotosensibili

della retina

FOTORECETTORI:

Ce ne sono circa 125 milioni in fondo alla retina e trasformano il segnale

elettromagnetico in segnale nervoso. Ogni fotorecettore è uguale simile:

- Segmento esterno: contiene numerosi dischi membranosi che contengono

fotopigmenti che assorbono la luce, il bastoncello fotorecettore può essere di

due tipi, BASTONCELLO FOTORECETTORE che ha forma conica è lungo e

possiede molti dischi membranosi e il CONO FOTORECETTORE, corto a forma

piramidale non contiene numerosi dischi fotorecettori. Queste due struttre

hanno diversa funzionalità, i bastoncelli sono molto più sensibili alla luce e per

questo hanno una visione SCOTOPICA notturna, mentre i coni sono meno

sensibili e vengono utilizzati soprattutto di giorno in condizione FOTOPICA, per

questo si dice che la retina è duplice. Oltre a questo i bastoncelli contengono

solo un tipo di fotopigmenti mentre esistono tre coni fotorecettori diversi con tre

diversi pigmenti che sono sensibili a diverse lunghezze d’onda e servono per la

capacità di vedere i colori.

- Segmento interno

- Corpi cellulari

- Terminali sinaptici

Ovviamente la retina non è sempre uguale, la retina centrale (quella vicina alla fovea)

è diversa da quella periferica che contiene un numero maggiore di fotorecettori a

bastoncello e un rapporto maggiore tra fotorecettori e cellule gangliari, per questo è

più sensibile alla luce (anche a basse esposizioni). Durante l’esposizione diurna dove è

necessario visualizzare bene i dettagli la parte della retina usata per vedere meglio è

quella della fovea, dove ci sono coni fotorecettori e un basso rapporto tra fotorecettore

e cellula gangliare (quindi possiamo analizzare meglio i dettagli). Ricordiamo che la

fovea è un assottigliamento della retina, come un fossato che quindi permette alla

luce di andare a colpire i fotorecettori dato che le altre cellule sono disposte nella

fossa lateralmente.

FOTOTRASDUZIONE

è studiata sui bastoncelli. Anche per la fototrasduzione la stimolazione luminosa del

fotopigmento attiva la proteina G, che modifica la concentrazione del secondo

messaggero e in ultima analisi modifica il potenziale di membrana.

Normalmente il potenziale di membrana a riposo è -65 mV, mentre il potenziale di

membrana dei fotorecettori in condizioni di buio è -30 mV dato che i canali della

membrana del segmento sono aperti e entra continuamente Na+ secondo il fenomeno

della CORRENTE al BUIO. Na+ entra a causa del guanosinmonfosfato ciclico (GMPc)

che è prodotto continuamente ne fotorecettori dal guanosinciclasi (enzima). La luce

diminuisce la quantità di GMPc e questo chiude i canali per l’NA+ iperpolarizzando la

membrana.

L’iperpolarizzazione nasce perché i fotopigmenti posti sui dischi membranosi posti sul

segmento esterno dei bastoncelli, in questo caso chiamato RODOPSINA, assorbono la

radiazione elettromagnetica.

La rodopsina è composta da due parti: un recettore (opsina) e un recettore agonista

(retinale), l’opsina è una normalissima proteina G di transmembrana con le sue sette

eliche alpha. Quando assorbe la luce viene modificata la conformazione molecolare del

retinale che cambia forma e attiva l’opsina. Questo processo viene detto

SBIANCAMENTO e modifica la lunghezza d’onda che la rodopsina può assorbire. Lo

sbiancamento attiva una proteina G presente sulla membrana dei dischi detta

TRANSDUCINA che attiva l’enzima fosfodiesterasi e trasforma GMPc in GMP,

modificando le concentrazioni di esso all’interno del citosol e quindi chiudendo i canali

per l’Na+. Con la tecnica del segnale a cascata possiamo osservare anche il fenomeno

dell’amplificazione, ovvero un fotopigmento attiva più proteine G che attivano più

fosfodiesterasi. Quindi il nostro occhi, grazie all’amplificazione, è in grado di rilevare

anche un fotone, unità elementare dell’energia luminosa.

I bastoncelli però con la modifica del retinale raggiungono la saturazione presto, quindi

non può esservi un ulteriore iperpolarizzazione, invece i coni richiedono maggiore

quantità di energia luminosa per sbiancare. La particolarità della fototrasduzione nei

coni è che l’opsina può essere di tre tipi diversi questo crea tre diversi fotopigmenti

che si attivano con uno con il blu (430nm lunghezza d’onda), uno con il verde (530

nm) e l’altro con il rosso (560 nm).

Fu Young, 200 anni fa, che propose l’idea che dai 3 colori primari (rosso, verde, blu) si

possono ottenere tutti i colori e che quindi nella retina abbiamo tre fotorecettori uno

sensibile per colore. Helmholtz poi sostenne questa tesi che divenne quindi TEORIA

TRICROMATICA DI YOUNG-HELMOHOLTZ. Il cervello rileva i colori in base all’attivazione

diversa dei tre tipi di fotopigmenti e quando essi sono attivati tutti alla stessa maniera

noi rileviamo bianco. I bastoncelli invece hanno una rilevazione della lunghezza d’onda

che varia dal blu al verde (500nm circa) infatti di notte è difficile distinguere i colori.

L’adattamento al buio è il fenomeno nel quale si passa dalla visione solo-coni alla

visione solo-bastoncelli e richiede circa 20 minuti, questo dipende da fattori quale

l’ingrandimento della pupilla, quindi una maggiore entrata di luce, dalla rigenerazione

della rodopsina (che prima era sbiancata) e dal fatto che più bastoncelli si collegano

ad una sola retina. Infatti possiamo anche essere soggetti all’adattamento alla luce

fenomeno nel quale si passa dalla sensibilità solo bastoncelli a quella solo coni.

L’adattamento ai vari livelli di luminosità dipende anche dai livelli di Ca2+

intracellulari, in condizioni di luce il calcio entra e inibisca la produzione di GMPc

(lavorando sulla fosfodiesterasi) che dopo un certo lasso di tempo inducono i canali

GMPc dipendenti a chiudersi. Dopo la chiusura dei canali viene ridotto il livello di Ca2+

che porta alla stimolazione di GMPc e quindi i canali si aprono nuovamente, in seguito

il Ca2+ rientra e così via. Questo permette ai fotorecettori di continuare a rilevare i

cambiamenti di luminosità.

L’elaborazione dell’immagine visiva porta a studiare le cellule gangliari che sono le

uniche che inviano potenziali d’azione. Le altre cellule della retina variano il potenziale

di membrana di poco. I potenziali d’azione che invia la cellula gangliare dipendono da

interazione tra cellule orizzontali e bipolari.

Il fotorecettore invia il neurotrasmettitore glutammato che porta alla depolarizzazione

della cellula, invia più molecole di neurotrasmettitore quando lo stimolo è il buio

piuttosto che la luce, in seguito, a livello dello strato plessiforme esterno i fotorecettori

fanno sinapsi con le cellule bipolari (via diretta del segnale) e con le cellule orizzontali.

Esistono due tipi differenti di cellule bipolari che si classificano in base alla risposta al

glutammato:

- Cellule bipolari OFF: in queste cellule i canali ionici Glu dipendenti producono

PPSE aprendo i canali Na+. Dette OFF perché si depolarizzano al buio e si

iperpolarizzano alla luce

- Cellule bipolari ON: funzionano con proteina G glu dipendente e producono un

PPSI quindi un’iperpolarizzazione. Dette ON perché si depolarizzano alla luce e

si iperpolarizzano al buio.

Le cellule bipolari sono connesse a uno (nella fovea) a numerosi fotorecettori, e

attraverso le cellule orizzontali sono connesse anche a un altro gruppo di fotorecettori

che circondano i primi. Il CAMPO RECETTIVO (di una cellula del sistema visivo, ivi

comprese anche le cellule bipolari) è quella zona della retina che produce una

variazione del potenziale di membrana. Nel caso della cellula bipolare è dato dal

CENTRO DEL CAMPO RECETTIVO (zona della retina che tramite i fotorecettori fa

afferenza diretta con le cellule bipolari) e PERIFERIA DEL CAMPO RECETTIVO (che fa

afferenza con le cellule bipolari tramite cellule orizzontali collegate al fotorecettore).

La risposta di uno stimolo fatto sul centro del campo e sulla periferia è opposto, se la

luce nel centro depolarizzerà nella periferia iperpolarizzerà. Quindi si dice che le

cellule bipolari hanno un CAMPO RECETTIVO CENTRO-PERIFERIA antagonisti.

Anche le cellule gangliari hanno la stessa struttura centro-periferia delle cellule

bipolari, quindi un centro ON viene depolarizzata quando un punto di luce viene

proiettato sul suo campo recettivo e un centro OFF viene depolarizzato quando si

presenta un punto di buio al centro del campo recettivo. La risposta della periferia è

sempre antagonista.

Le cellule gangliari però non sembrano rilevare variazioni di luminosità che investono

sia centro che periferia ma tendono a differenziare quelli che investono solo uno dei

due campi recettivi, ovvero quando una luce uniforme colpisce i due campi la risposta

sarà debole al contrario se invece la luce sarà parziale la risposta sarà forte.

Sostanzialmente nella retina di un mammifero abbiamo delle cellule gangliari

centro-periferia centro OFF e centro ON, però le cellule gangliari si possono anche

differenziare in base alle loro dimensioni: infatti ci sono le piccole cellule gangliari di

tipo P e le grandi cellule gangliari di tipo M (esistono anche pochissime cellule

gangliari non M e non P)

Le cellule P e M hanno anche differenze funzionali infatti le M hanno un maggiore

campo recettivo e scaricano più velocemente il potenziale d’azione e rispondo con una

scarica temporanea a differenza delle cellule P che rispondono con una scarica di

lunga durata tanto lungo è lo stimolo e rispondono a diverse lunghezze d’onda ovvero

sono dette CELLULE OPPONENTI AI COLORI perché il centro è stimolato da un colore e

questa stimolazione può essere annullata solo qualora si stimoli la periferia con un

colore opponente (per il rosso l’opponente è il verde per il blu è il giallo).

Infine il nostro cervello elaborando le informazioni provenienti dai due occhi è in grado

di elaborare concetti quali la profondità, luce e buio invece sono riconosciuti da centri

OFF e ON indipendenti e le varie cellule possiedono diversi campi recettivi e come le M

sono implicati nella risoluzione di contrasti lievi dato il campo recettivo di grande

dimensione, le cellule P sono implicate dato il campo recettivo piccolo nella risoluzione

dei dettagli. Le cellule P e non M e non P invece sono implicate nell’elaborazione di

informazioni rosso-verde giallo-blu.

SISTEMA VISIVO CENTRALE

La via neurale che parte dal nervo ottico per dirigersi nel SNC viene detto anche

PROIEZIONE RETINOFUGA. La proiezione retinofuga è composta dai due nervi ottici che

dipartono dal piatto ottico attraversano un tessuto grasso e superano il pavimento

cranico e vanno ad unirsi a livello del chiasma ottico dove gli assoni originati nella

retina nasale si incrociano e decussano dall’altro lato dell’emisfero in una

decussazione parziale per poi andare a formare il tratto ottico destro e quello sinistro

che scorrono lungo l’encefalo sotto la pia madre.

Importante è sottolineare che il campo visivo (quantità di spazio che si può vedere con

i due occhi) si può per convenzione dividere in due: EMICAMPO visivo DESTRO ed

EMICAMPO visivo SINISTRO. Ovviamente se un occhio viene chiuso non è che vediamo

sino al limite dell’emicampo ma vediamo anche una porzione dell’emicampo

controlaterale, questa zona intermedia è detta CAMPO VISIVO BINOCULARE.

Possiamo anche sottolineare che la parte binoculare dell’emisfero visivo sinistro è

proiettata sulle fibre della retina nasale dell’occhio destro e sulla retina temporale

dell’occhio sinistro quindi tutta la visione dell’emicampo visivo sinistro verrà “vista”

dall’emisfero destro data la decussazione della retina nasale sinistra, e così viceversa

per l’emicampo visivo destro.

La via principale della visione cosciente parte dai tratti ottici passa per il NUCLEO

GENICOLATO LATERALE (sopra l’ipotalamo nella visione del proencefalo caudale) che è

una zona del talamo dorsale per poi andare ad innervare la corteccia visiva che si

trova nel lobo parietale, questo percorso è dettp RADIAZIONE OTTICA. Una lesione in

qualunque parte della proiezione retinofuga comporta cecità (totale o parziale).

Oltre alla via principale le cellule gangliari inviano qualche assone anche all’ipotalamo

per la regolazione del sonno-veglia in relazione al buio-luce e un'altra piccola porzione

di assoni invece viene inviata al tetto del mesencefalo, più precisamente ai collicoli

superiori (i vertebrati non mammiferi il nervo ottico porta solo nei collicoli superiori

infatti essi vengono anche detti TETTO OTTICO).

La proiezione che va dall’occhio al collicolo è detta proiezione retinotettale. Nel

collicolo superiore se l’occhio è stimolato con una luce puntiforme si attivano dei

neuroni che fanno sinapsi indiretta con i motoneuroni del tronco encefalico e

coordinano i movimenti dell’occhio e della testa per portare lo stimolo alla fovea.

I nuclei genicolati laterali (NGL) destro i sinistro fanno parte del talamo dorsale e visti

al microscopio appaiono come 6 strati con forma a ginocchio piegato e collegano

direttamente gli assoni con la corteccia visiva. Il NGL destro vede l’emicampo visivo

sinistro, ovvero vede una parte dalla retina nasale sinistra e una parte dalla retina

temporale destra, nel NGL queste informazioni su quale porzione vede l’emicampo

visivo sinistro vengono tenute separate: gli assoni del nervo ottico di destra (retina

temporale) fanno sinapsi con gli strati 2,3 e 5 del NGL mentre gli assoni controlaterali

del nervo ottico di sinistra (retina nasale) fanno sinapsi con gli strati 1,4 e 6 del NGL.

Oltre a questa differenza si può osservare che i primi due strati hanno neuroni di

grosse dimensioni infatti hanno afferenze delle cellule gangliari MAGNOCELLULARI

quindi sono detti STRATI MAGNOCELLULARI del NGL, mentre gli strati da 3 a 6 invece

hanno cellule più piccole che sono quelle di tipo P, le parvocellulari, quindi sono detti

STRATI PARVOCELLULARI del NGL. Tra i sei strati e ventralmente troviamo piccole

porzioni di afferenze dalle cellule non M-non P e questi altri piccoli strati sono detti

KONIOCELLULARI.

Grazie a questa anatomia, i diversi input delle cellule gangliari vengono analizzati

parallelamente da strati diversi.

I neuroni del NGL che ricevono afferenze dagli assoni delle cellule gangliari sono uguali

ai reciproci della retina, quindi gli strati cellulari magnocellulari avranno campi

recettivi, potenziali d’azione etc. simili ai campi recettivo, potenziali d’azione delle

cellule di tipo M, così sarà pure per gli strati parvocellulari e per quelli koniocellulari.

Però la maggiore parte di input il NGL lo riceve dalla corteccia (anche se questo non

sembra alterare la percezione visiva) e anche una piccola parte dal tronco encefalico,

questi ultimi servono per gli stati di allerta e attenzioni in risposta a stimoli luminosi.

La corteccia visiva è anche detta V1 oppure corteccia striata a causa del fascio di

assoni che percorre parallelamente la corteccia cerebrale ed è indicata con l’area di 17

di Broadmann nel lobo occipitale.

L’organizzazione retinotopica è quell’organizzazione secondo la quale delle cellule che

sono vicine nella retina saranno adiacenti pure nel NGL e nella corteccia striata

creando all’incirca una mappatura leggermente distorta a causa della diversità delle

aree delle varie strutture e del numero di neuroni implicati.

La corteccia striata è formata da 6 strati (o lamine) a partire dalla sostanza bianca

corticale (ventrale) dipartono gli strati VI-V-IV-III-II e lo strato I che non ha corpi cellulari

al suo interno ma solo dendriti o assoni dei neuroni degli altri strati, per convenzione

storica lo strato IV a tre sottocategorie IVA-IVB-IVC e quest’ultimo ha due ulteriori

sottocategorie IVCα- IVCβ. In questi strati troviamo due tipi di neuroni: NEURONI

STELLATI SPINALI (con tanti dendriti che partono dal soma ma non si allontanano di

molto) e NEURONI PIRAMIDALI (con un lungo dendrite che si allontana dal soma e poi

ramifica). Il primo tipo di neurone lo troviamo soprattutto nelle due sottocategorie

dello strato IVC, il secondo tipo invece ha dendriti che fuoriescono dalla corteccia

striata per fare connessioni con altre zone del cervello.

Gli input nella corteccia striata arrivano quasi esclusivamente allo strato IVC dove

restano separati anatomicamente: neuroni magnocellulari vanno nel IVCα e quelli

parvocellulari nel IVCβ. Questo accade per mantenere l’organizzazione retinotopica.

COLONNE DI DOMINANZA OCULARE: individuate a partire dallo studio di come gli

assoni del NGL arrivano alla corteccia striata. Venne iniettato nell’occhio di una

scimmia un aminoacido radioattivo che nelle cellule gangliari venne associato ad una

proteina che tramite trasporto anterogrado viene portata nel NGL dove si associa solo

ai neuroni postsinaptici per i neuroni radioattivi dell’occhio dove è stata iniettata la

proteina, da lì il loro percorso prosegue sino alla corteccia striata, dove si dirigono

verso la lamina IVC e gli assoni si dispongono secondo le colonne di dominanza

oculare, ovvero secondo fasci di assoni che formano un’immagine zebrata e si

alternano assoni dell’occhio sinistro e assoni dell’occhio destro.

Dallo strato IVC le innervazioni procedono secondo una via radiale ovvero

perpendicolarmente alla superficie corticale e mantiene l’organizzazione retinotopica,

nello strato III possiamo osservare invece anche connessioni orizzontali. Il segnale

passa dallo strato IVC dove è monoculare per poi passare allo strato IVB-III dove


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Lydia90

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DESCRIZIONE APPUNTO

Riassunto per l'esame di Neuroscienze della professoressa Perani, basato su appunti personali e studio autonomo del testo consigliato dal docente: "Neuroscienze. Esplorando il cervello" - Bear- con parti integrate di "Principi di Neuroscienze" -Kandel . Gli argomenti trattati sono i seguenti: il neurone, laq membrana neuronale, l'assone, la parte iniziale dell’assone si chiama cono di integrazione.


DETTAGLI
Esame: Neuroscienze
Corso di laurea: Corso di laurea in scienze e tecniche psicologiche
SSD:
A.A.: 2014-2015

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Lydia90 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Neuroscienze e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Vita Salute San Raffaele - Unisr o del prof Perani Daniela.

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