Paniere di neurofisiologia - risposte aperte

Risposte aperte neurofisiologia

Domande aperte esami precedenti (2020)

• Il morbo di Parkinson
• Le funzioni dell'ipotalamo
• Aree implicate nelle emozioni
• Ruolo della corteccia motrice primaria

Canale ionico

Cos'è? Descrivere il funzionamento dei canali ionici. Le membrane sono formate sia da fosfolipidi che da proteine che attraversano la membrana: i canali ionici; come delle porte controllano in modo selettivo il flusso di ioni che entra/esce dalla cellula secondo un gradiente di concentrazione. Modulano funzioni cellulari come la contrazione muscolare e la trasmissione nervosa. Esistono canali la cui apertura e chiusura sono legate a variazioni del potenziale di membrana, e canali regolati da un ligando specifico. In entrambi i casi l'apertura del canale è dovuta a un riarrangiamento della conformazione della molecola proteica che costituisce il poro. L'interazione diretta con il canale produce effetti rapidi, mentre l'apertura indiretta è più lenta, ma più duratura.

Neurone

La morfologia: cellule in grado di ricevere/trasmettere impulsi di tipo elettrico, le principali costituenti del tessuto nervoso. Costituito da un corpo (soma) e numerosi prolungamenti (dendriti e assone). I dendriti sono prolungamenti del soma relativamente brevi, l'assone invece ha una lunghezza maggiore e presenta all'estremità il bottone sinaptico con il quale si connette ad altre cellule (sinapsi). L'assone è ricoperto dalla guaina mielinica (grazie ai prolungamenti delle cellule gliali) interrotta in alcuni punti dai nodi di Ranvier che permette una più rapida trasmissione di impulsi. A sostegno del neurone ci sono astrociti, oligodendrociti e microglia.

Come funziona?

Ha due funzioni: di input (dendrite) e di output (assone).

Input: il sistema nervoso riceve informazioni dall'esterno attraverso canali sensoriali; importanti informazioni provengono anche dall'interno dell'organismo (es. dolore viscerale) raccolte da strutture specializzate: i recettori, considerati dei trasduttori, ovvero strutture in grado di trasformare le diverse forme di energia (luminosa, meccanica, termica) in energia bioelettrica.

Output: una volta elaborate le informazioni, i segnali bioelettrici vengono convogliati ai muscoli scheletrici, ai muscoli lisci dei visceri e al muscolo striato cardiaco.

Le funzioni delle componenti neuronali

• Dendriti: prolungamenti brevi, originari dal soma che si ramificano in prolungamenti secondari; ricevono le informazioni dall'esterno.
• Soma: il corpo della cellula, elabora le informazioni.
• Assone: prolungamento lungo e singolo, ha origine dal soma. Invia all'esterno della cellula le informazioni elaborate nel soma; può inviare a più cellule contemporaneamente tramite le sue ramificazioni.

I vari tipi di neuroni

A seconda della lunghezza dell'assone:

• Neuroni di proiezione: assone lungo, con terminazioni assonali lontani dal soma. Trasmettono informazioni ad altri neuroni posti a notevole distanza.
• Interneuroni: assone breve, stabiliscono un circuito locale, consentendo la trasmissione a neuroni situati in vicinanza del neurone trasmittente.

In base alla funzione e alla propagazione dell'impulso nervoso:

• Neuroni sensitivi o afferenti: partecipano all'acquisizione di stimoli, trasportando le informazioni dagli organi sensoriali al sistema nervoso centrale (SNC).
• Interneurone: integrano i dati forniti da neuroni sensoriali e li trasmettono ai neuroni motori all'interno del SNC.
• Neuroni motori o efferenti: emanano impulsi di tipo motorio agli organi della periferia corporea. Si distinguono somatomotori (omotoneuroni) e visceroeffettori.

Motoneuroni: cosa sono?

Neuroni i cui corpi sono disposti nei nuclei motori, la cui disposizione segue la regola prossimale-distale:

• Muscoli più prossimali sono innervati da motoneuroni disposti in posizione mediale del midollo spinale.
• Muscoli distali sono innervati da motoneuroni disposti in posizione via via più laterale.

Interneuroni locali: cosa sono?

Neuroni i cui assoni rimangono confinati nello stesso segmento spinale o adiacente. Hanno una disposizione che rispecchia quella dei motoneuroni:

• Interneuroni della zona mediale proiettano ai motoneuroni mediali: determinano il controllo dei muscoli assiali di entrambi i lati.
• Interneuroni della zona laterale proiettano ai motoneuroni laterali: determinano il controllo dei muscoli ipsilaterali.

Excitabilità neuronale

La proprietà biofisica fondamentale dei neuroni che consiste nella capacità di generare impulsi elettrici che si propagano lungo la membrana. Quest'ultima reagisce ai cambiamenti dell'ambiente variando il potenziale d'azione. L'excitabilità neuronale dipende dalla presenza nella membrana di canali dotati di permeabilità selettiva e la possibilità di variare questa permeabilità in relazione alla differenza di potenziale esistente tra le due superfici della membrana. I canali presenti nelle cellule nervose sono detti voltaggio-dipendenti perché hanno la capacità di cambiare conformazione (permeabilità) quando il campo elettrico mutua di segno o intensità.

Membrana eccitabile

I principali tessuti eccitabili del nostro organismo sono i neuroni e le cellule muscolari, circondati dalla membrana eccitabile. È una membrana plasmatica (con presenti grosse molecole proteiche dette proteine di membrana) in grado di generare e/o condurre segnali elettrici: PPSE (potenziale postsinaptico eccitatorio) e PPSI (potenziale postsinaptico inibitorio).

Potenziale di membrana

Elettrogenesi: i meccanismi. Il potenziale di membrana è il risultato di una disuguale distribuzione di cariche elettriche ai due lati della membrana, che si comporta come una barriera con permeabilità selettiva. Le specie ioniche hanno una composizione diversa ai due compartimenti idrici:

• Extracellulare: alte concentrazioni di Na⁺, Ca²⁺, e Cl^-.
• Intracellulare: alte concentrazioni di K⁺ e anioni inorganici (A^-).

La via utilizzata dalle specie ioniche per attraversare la membrana è costituita dai canali ionici che attraversano da parte a parte il doppio strato fosfolipidico.

Differenza di potenziale

La differenza di potenziale è misurata in millivolt (mV). In condizioni di riposo, il versante interno della cellula risulta carico negativamente rispetto all'esterno che risulta carico positivamente. In una cellula nervosa, la differenza di potenziale è circa -60, -70 mV, valore che si mantiene costante in assenza di stimolazione. Le variazioni rispetto al valore di riposo possono essere:

• Depolarizzazione: modificazione del potenziale verso valori più elettropositivi.
• Iperpolarizzazione: modificazione del potenziale verso valori più elettronegativi.

Potenziale d'azione: le caratteristiche

Sono depolarizzazioni rapide del potenziale di membrana che raggiunge valori al di sopra dei 0 mV, per poi tornare lentamente al valore di riposo; si ripetono nel tempo e nello spazio, l'insorgenza del potenziale richiede che la depolarizzazione raggiunga un valore critico (soglia); si osservano in cellule eccitabili e sono utilizzati per trasferire informazioni da una cellula all'altra mediante connessioni sinaptiche; dopo un potenziale si instaura un periodo di non responsività che inizialmente è assoluta (periodo refrattario assoluto) e poi parziale (periodo refrattario relativo). Si propagano con velocità compresa tra 1 m/s e 100 m/s.

Potenziale d'azione: le fasi

1. Depolarizzazione: dovuta alla rapida apertura dei canali del Na⁺ con aumento della conduttanza dello ione Gna, con la comparsa di una corrente entrante.
2. Ripolarizzazione: dovuta a una corrente in uscita di ioni K⁺ con aumento della conduttanza per lo ione GK che tende a ripolarizzare la membrana.
3. Iperpolarizzazione: in molte cellule un potenziale è seguito da un breve aumento della negatività, dovuto al fatto che i canali per il K⁺ non si chiudono in modo sincrono quando il Vm raggiunge il valore di equilibrio e si registra un maggiore efflusso di K⁺.

Le caratteristiche delle varie conduttanze ioniche

Durante un potenziale d'azione si registra una variazione delle conduttanze ioniche che riguardano Na⁺ e K⁺, entrambe attive al voltaggio. Le cellule eccitabili possiedono un largo corredo di canali ad accesso variabile che contribuiscono a una vasta gamma di risposte che le cellule sono in grado di fornire. La variabilità della conduttanza è legata alla varietà di forma, durata e meccanismi di accensione o gating dei canali:

• Canali aperti da stimoli depolarizzanti o iperpolarizzanti.
• Canali attivi da secondi messaggeri.
• Canali passivi.

Sinapsi

Qual è la sua funzione? Permette il passaggio dell'informazione dall'assone di un neurone al dendrite di un altro neurone. È formata da:

• Bottone terminale, che appartiene all'assone del neurone trasmittente, circondato dalla membrana presinaptica.
• Dendrite, del neurone ricevente rivestito dalla membrana postsinaptica.
• Fessura sinaptica, che appartiene allo spazio extracellulare.

Nella sinapsi, l'informazione fluisce dal neurone presinaptico al postsinaptico.

Come funziona una sinapsi chimica

Il potenziale d'azione determina il rilascio di un neurotrasmettitore, una sostanza chimica immagazzinata in vescicole. Rispetto alle sinapsi elettriche presentano un ritardo della risposta sinaptica in quanto il neurotrasmettitore, liberato per esocitosi dalle vescicole presenti nel terminale presinaptico a seguito di una depolarizzazione, deve attraversare lo spazio sinaptico e legarsi a recettori presenti sulla membrana dell'elemento postsinaptico.

Come funziona una sinapsi elettrica

Il segnale elettrico passa direttamente dal terminale presinaptico alla cellula postsinaptica (il citoplasma della membrana presinaptica è a stretto contatto con quello della cellula postsinaptica) grazie alla presenza di gap junction: canali ionici specializzati che consentono il flusso ionico da una cellula all'altra. L'accoppiamento elettrico è assicurato dai connessoni, due emicanali strettamente addossati in modo da lasciare uno spazio “virtuale” tra i due elementi della sinapsi. Costituiti da connessine: 6 subunità proteiche organizzate in esameri disposte in modo da determinare un poro che mette in comunicazione il citoplasma delle cellule attigue.

Differenze tra sinapsi elettrica e chimica

Nella sinapsi elettrica, il segnale elettrico passa direttamente dal terminale presinaptico alla cellula postsinaptica; nella sinapsi chimica, il potenziale d'azione determina il rilascio di una sostanza chimica, il neurotrasmettitore, immagazzinata in vescicole. Mentre nelle sinapsi elettriche il passaggio del segnale nervoso è immediato, nelle sinapsi chimiche si registra un ritardo sinaptico.

Caratteristiche della plasticità sinaptica

Si intende un processo di continuo rimodellamento della connettività tra neuroni, con variazione della morfologia, numero, posizione e forza di scarica. Avviene nel periodo fetale e porta allo sviluppo del sistema nervoso centrale e periferico. È alla base dell'apprendimento e del recupero funzionale dopo lesioni a carico di articolari circuiti. Può essere:

• Breve termine: modifiche funzionali che si attuano in pochi millisecondi; es. stimolazione tetanica.
• Lungo termine: modifiche strutturali che si attuano nell'arco di giorni o mesi.

Neurotrasmettitori principali

Descrivere le caratteristiche generali e comuni.

• Acetilcolina
• Ammine biogene: dopamina, noradrenalina, adrenalina e serotonina.
• Amminoacidi: GABA, glicina e glutammato.
• Istamina.

Un neurotrasmettitore deve essere sintetizzato e immagazzinato nelle vescicole presinaptiche per poi essere rilasciato. Per farlo deve legarsi a specifici recettori localizzati sulla membrana postsinaptica, per poi venire rapidamente rimosso dallo spazio sinaptico, in modo da estinguere il processo. La differenza fondamentale tra neurotrasmettitore e ormoni risiede nel fatto che questi ultimi vengono immessi nel circolo ematico in modo da raggiungere organi bersaglio localizzati a distanza.

Tipi di recettori per i neurotrasmettitori: inotropici e metabotropici

Si dividono in due grandi famiglie:

• Inotropici o recettori-canale: formano un canale ionico vero e proprio e il legame con il neurotrasmettitore induce una variazione conformazionale che apre il poro.
• Metabotropici: attivano indirettamente dei canali ionici mediante secondi messaggeri (cAMP, DAG e IP3, Calcio) capaci di attivare eventi biochimici; è necessario prendere in considerazione la struttura del recettore, il ciclo della proteina G e l'effettore che viene attivato.

Possono avere anche localizzazione diversa:

• Intracellulari: regolano la crescita, la differenziazione cellulare e l'omeostasi.
• Recettori di membrana: proteine integrali di membrana capaci di segnalare alla cellula la presenza del ligando.

Distinguiamo: recettori canale, recettori accoppiati a proteine G, recettori ad attività tirosin-chinsica e recettori ad attività guanilato-ciclasica.

Recettori a canale ionico / Recettore accoppiato a proteina G / Differenze

• Sono canali ionici ligando-dipendenti, chiamati anche inotropici, costituiti da glicoproteine che si assemblano a formare un canale idrofilico. L'apertura del canale è indotta dalla presenza del ligando che modifica la conduzione ionica. Sono recettori rapidi, capaci di innescare un potenziale d'azione.
• È la famiglia recettoriale maggiormente presente in tutto il corpo umano; ai quali si legano un'ampia varietà di ligandi. Sono una proteina di membrana, formata da un'unica catena polipeptidica che attraversa 7 volte la membrana. Così definiti in quanto modificano le funzioni cellulari utilizzando proteine leganti i nucleotidi guanilici (proteine G).

Serotonina: le principali funzioni

Deriva dal triptofano, è un neurotrasmettitore monoamminico. Nel sistema nervoso centrale (SNC) svolge un ruolo importante nella regolazione dell'umore, sonno, temperatura corporea, sessualità e appetito. È coinvolta in molti disturbi neuropsichiatrici (es. disturbo bipolare). Deficit di serotonina causano disturbo ossessivo-compulsivo, manie, ansia, fame nervosa e bulimia, depressione ecc. I recettori della serotonina influenzano vari processi biologici e neurologici come aggressività, ansia, appetito, conoscenza, apprendimento, memoria, umore, nausea, sonno e termoregolazione.

GABA: le caratteristiche

Il GABA è un γ-amminoacido, principale neurotrasmettitore inibitorio del SNC. Viene sintetizzato a partire dall'acido glutammico, che viene decarbossilato dal GAD. Viene poi degradato dall'enzima GABA-T. Negli esseri umani è direttamente responsabile della regolazione del tono muscolare. Esistono tre tipi di recettori per il GABA e sono tutti inibitori.

Differenze tra il GABA e glutammato

In relazione al tipo di risposta prodotta, i neurotrasmettitori possono essere eccitatori o inibitori (o soppressori), cioè possono rispettivamente promuovere la creazione di un impulso nervoso nel neurone ricevente o inibirlo. Tra i neurotrasmettitori inibitori, troviamo l'acido γ-amminobutirrico (GABA). Al contrario, il glutammato rappresenta il più importante neurotrasmettitore eccitatorio del cervello. Hanno perciò ruoli opposti sul SNC.

Dopamina: caratteristiche e il sistema dopaminergico

La dopamina è un neurotrasmettitore endogeno, prodotta in diverse aree del cervello. Ruolo importante nel comportamento, movimento volontario, motivazione, cognizione, punizione e soddisfazione, nell'inibizione della produzione di prolattina, sonno, umore, attenzione, memoria di lavoro e apprendimento. Agisce sul sistema nervoso simpatico causando l'accelerazione del battito cardiaco e l'innalzamento della pressione sanguigna. Ciò che produce motivazione/ricompensa stimola il rilascio di dopamina nel nucleus accumbens e, bloccando il recettore D2, si ottiene ancora liberazione di dopamina e la trasmissione del piacere incrementa (principio per la cura della depressione). I recettori della dopamina sono accoppiati a proteine G e sono due.

Il sistema dopaminergico è suddiviso in quattro vie:

• Mesolimbica: collega l'area tegmentale ventrale al nucleus accumbens attraverso l'amigdala e l'ippocampo. Si pensa che questa via controlli il comportamento e che produca delirio e allucinazioni quando iperattiva. Regola il senso di gratificazione.
• Nigostriatale: controlla i movimenti, va dalla substantia nigra al striato.
• Mesocorticale: collega l'area tegmentale ventrale del mesencefalo alla corteccia prefrontale, per il controllo di emozioni e sentimenti.
• Tubero-infundibolare: collega l'ipotalamo alla ghiandola pituitaria. Controlla il rilascio di ormoni come la somatotropina e il PIF.

Acetilcolina: principali funzioni

È un'ammina biogenica. La molecola dell'acetilcolina è stata il primo neurotrasmettitore a essere individuato. Responsabile in molti organismi, tra cui l'uomo, della trasmissione nervosa nel SNC e nel sistema nervoso periferico (SNP). Nel SNC ricopre un ruolo importante a livello del sistema muscolo-scheletrico, infatti il suo legame con il recettore specifico permette l'apertura dei canali presenti sulla membrana, in questo modo gli ioni calcio entrano nella cellula muscolare, stimolandone la contrazione.

Differenza tra NMDA e AMPA

La principale differenza tra i recettori AMPA e NMDA è che il sodio e il potassio aumentano nei recettori AMPA dove il calcio aumenta insieme all'afflusso di sodio e potassio nei recettori NMDA. Inoltre, i recettori AMPA non hanno un blocco di ioni di magnesio mentre i recettori NMDA hanno un blocco di ioni di calcio.

Noradrenalina: principali funzioni

È sia un ormone rilasciato nel sangue dalle cellule cromaffini, sia un neurotrasmettitore del sistema nervoso (SN), rilasciato dai neuroni noradrenergici durante la trasmissione sinaptica. Definito ormone dello stress, coinvolge parti del cervello dove risiedono i controlli dell'attenzione e delle reazioni.