Riassunto esame di Fondamenti anatomo-fisiologici dell'attività psichica, Prof. Brugnolo

1. Fasi potenziale d’azione

Le cellule nervose generano una varietà di segnali elettrici che trasmettono e immagazzinano informazioni. I potenziali d’azione sono la modificazione repentina del potenziale di membrana, scatenata dalla ricezione da parte del neurone di un segnale sensoriale o un messaggio chimico proveniente da altri neuroni. I potenziali di azione costituiscono i segnali fondamentali che trasferiscono informazioni da un punto all’altro del sistema nervoso e si propagano lungo tutta la lunghezza degli assoni.

Da uno stato di riposo (-70 mV), quando il neurone riceve uno stimolo, si ha un cambiamento di carica per cui il potenziale di membrana (interno alla cellula) da negativo diventa più positivo, in un processo chiamato depolarizzazione, fino al raggiungimento di un determinato valore soglia (-55 mV) nel quale si raggiunge un potenziale d’azione. Questo tipo di risposta ha un funzionamento detto del “tutto o niente”: o si attiva, raggiungendo il PA, o non si attiva se non si raggiunge il PA.

Raggiunti i -65 mV, si aprono i canali Na e il Na, essendo dieci volte più concentrato all’esterno, fluisce verso l’interno per gradiente di concentrazione. L’entrata del Na fa aumentare la carica dell’interno della cellula da -65 mV a +40 mV, rendendo l'ambiente esterno più negativo, momento in cui si chiudono i canali sodio. Nel frattempo si aprono anche i canali K+ che sono più lenti, e verso il picco dei +40 mV il potassio (K+) tende ad uscire verso l'ambiente più negativo in modo da ridurre il potenziale d'azione e ristabilire l'equilibrio causando il passaggio attraverso una fase di iperpolarizzazione (-80 mV, valore più negativo del potenziale di riposo), momento in cui i canali potassio si chiudono.

Durante tutto il processo le pompe sodio/potassio lavorano per mandare gli ioni sodio nel liquido extracellulare, ogni 3 ioni sodio fuori e 2 potassio dentro.

Una volta chiusi, i canali non possono riaprirsi fino al raggiungimento di nuovo del potenziale di riposo e nessuno stimolo è in grado di innescare un nuovo potenziale d’azione: questo momento è chiamato periodo di refrattarietà assoluta, durante la fase di depolarizzazione e gran parte della ripolarizzazione.

Nel periodo di iperpolarizzazione un neurone può rispondere solo a stimoli molto superiori alla norma, nell’impossibilità per i canali ionici di attivarsi, si parla perciò di periodo di refrattarietà relativa.

Assone a riposo, depolarizzazione e ripolarizzazione

• Ddp: interno – 70 mV.
• All’esterno ioni carichi positivamente passano alla membrana adiacente interna che carica negativamente, depolarizzandola al valore soglia -55 mV.
• Na 10 volte > rispetto al citoplasma.
• Canali Na chiusi.
• Canali K aperti.
• Proteina pompa Na/K trasporta ioni Na all’esterno dell’assone e 2 K all’interno.
• Stimolo depolarizzante: autopropagazione dell’impulso nervoso lungo l’assone.
• Apertura dei canali Na.
• Ingresso di Na.
• Inversione di polarità: interno +40 mV.
• Chiusura canali Na e ulteriore apertura canali del K.
• K 30 volte > rispetto all’esterno.
• Uscita di ioni K, per il gradiente chimico.
• Iperpolarizzazione (-80 mV) permette che l’impulso si muova in un’unica direzione perché in questo periodo i canali Na sono inattivi, periodo refrattario relativo.
• I canali K si chiudono e la membrana torna impermeabile al Na.
• La pompa Na/K riporta i valori di concentrazione degli ioni ai valori di riposo.

12. Fattori che determinano il potenziale a riposo

Il potenziale di membrana a riposo (-65 mV) è dovuto alla diversa concentrazione di alcune macromolecole e ioni tra l’interno e l’esterno della cellula; in particolare:

1. Concentrazione intracellulare: maggiore concentrazione di ioni K e anioni organici, K tende a uscire. Ioni K: concentrazione 10 volte > all’interno, diffusione spinge all’esterno, forza elettrica all’interno.
2. Concentrazione extracellulare: maggiore concentrazione di ioni Na. Na: concentrazione 30 volte > all’esterno, diffusione e forza elettrica spingono all’interno.

La concentrazione di carica ai 2 lati della membrana tenderebbe a essere uguale a causa della forza di diffusione, per ristabilire l’omeostasi, le molecole vanno da regioni ad alta concentrazione verso regioni a bassa concentrazione a seconda del gradiente chimico di concentrazione, e delle forze di pressione elettrostatica, la sostanza chimica, dotata di una carica elettrica, tende a spostarsi verso l’ambiente dotato di carica opposta, a seconda del gradiente elettrico.

La diversa distribuzione di carica ai 2 lati della membrana è dunque resa possibile grazie ad alcune caratteristiche della membrana stessa. La membrana è costituita da un doppio strato fosfolipidico che, essendo idrofobico, non consente il passaggio degli ioni. La differente concentrazione è realizzata da 2 gruppi di proteine che si trovano all’interno della membrana:

3. Canali di diffusione ionici: aperture selettive che lasciano passare un tipo di ione. A riposo, il potenziale di membrana delle cellule nervose è determinato in gran parte da canali ionici permeabili al potassio (K).
4. Trasportatori attivi, pompa sodio potassio: proteina che trasporta, contro il gradiente elettrochimico, 2 ioni K all’interno per ogni 3 Na spostati all’esterno. Essa richiede molta energia proveniente dall’idrolisi dell’ATP.

3. Descrivere la struttura dell’orecchio interno

L’orecchio si tripartisce in orecchio esterno, medio e interno.

Situate in una cavità dell'osso temporale, il cui nome è labirinto osseo, le parti che costituiscono l'orecchio interno sono sostanzialmente due:

1. Apparato vestibolare.
2. Coclea.

Per quanto riguarda l'apparato vestibolare, controllo dell’equilibrio, possiamo individuare:

1. 2 organi otolitici e rilevano posizione della testa e accelerazioni lineari.
   • Utricolo: traslazioni orizzontali.
   • Sacculo: traslazioni verticali.
2. 3 canali semicircolari rilevano rotazione del capo, endolinfa preme su cellule cigliate.

Per quanto riguarda la funzione uditiva possiamo individuare:

1. Finestra ovale e finestra rotonda: segnano l’ingresso nella coclea.
2. Coclea ospita l’apparato dei recettori neuronali dell’orecchio interno, qui l’energia delle onde sonore viene trasformata in impulsi nervosi. Essa è suddivisa in tre canali paralleli:
   1. Scala timpanica e scala vestibolare contenenti perilinfa, tanto K poco Na.
   2. Dotto cocleare contenente endolinfa. Al suo interno si trova l’organo del Corti.
   3. Nervo acustico.

Dalla staffa, le vibrazioni passano alla finestra ovale, funzione simile alla membrana timpanica. Le vibrazioni della finestra ovale mettono in moto l'endolinfa cocleare che a sua volta causa il movimento della membrana basilare e di quella tettoria, innescando le cellule dell'organo del Corti. Le cellule del Corti sono responsabili della trasduzione delle vibrazioni meccaniche in segnali neuronali grazie alle cellule ciliate che percepiscono il movimento della membrana basilare.

3. Apice m.b.: basse frequenze.
4. Base m.b.: alte frequenze.

Le cellule ciliate sono un fascio di ciglia con prolungamenti filiformi, stereociglia, disposti in ordine di lunghezza, chinociglio: stereociglio più alto.

1. Fascio di ciglia spostato in direzione del chinociglio: aperture canali K+ → depolarizzazione → apertura dei canali Ca²⁺ → rilascio del neurotrasmettitore.
2. Fascio ciglia spostato in direzione opposta al chinociglio: iperpolarizzazione → chiusura canali.

A conversione avvenuta, entra in gioco il nervo cocleare, che raccoglie gli impulsi nervosi neogenerati e li invia al lobo temporale del cervello. Nel lobo temporale del cervello, ha luogo la rielaborazione degli impulsi nervosi e la generazione di una risposta adeguata.

4. Funzioni glutammato e caratteristiche elettrochimiche dei suoi recettori postsinaptici

Il glutammato è un aminoacido e fa parte dei neurotrasmettitori a basso peso molecolare.

I neurotrasmettitori si muovono su due assi principali: il Glutammato e il GABA che creano equilibrio tra attivazione e inibizione. Il Glutammato infatti è il più importante neurotrasmettitore eccitatorio, mentre il GABA è il più importante inibitorio. Esso genera sinapsi glutammatergiche asso-dendritiche, generate soprattutto da neuroni di proiezione.

È presente in tutte le cellule del corpo, essendo distribuito su tutto l’asse neurale.

Funzioni principali: riguardano la motilità, la memoria, aspetti patologici, epilettogenesi, allucinazioni, neurotossicità, eccitotossicità: troppo Glu.

Esistono 4 principali recettori del glutammato:

• NMDA (principale), N-metil-D-aspartato.
• AMPA.
• Kainato.
• Recettore metabotropico mGlu.

Tutti questi recettori depolarizzano il potenziale di membrana e sembrano possedere un certo grado di cooperatività.

A seconda dell'agonista che li attiva, i recettori ionotropici possono essere suddivisi in due sottoclassi che cooperano per la produzione di una buona funzionalità elettrica del neurone.

1. NMDA attivati sia dal glutammato che dall'NMDA, N-metil-D-aspartato. Generano un PdA rapido e intenso. Sono inattivi in presenza di ioni Mg⁺⁺ che bloccano il canale per Na e Ca. Il Mg libera il canale con la depolarizzazione indotta dai recettori AMPA.
2. Non-NMDA attivati dal glutammato, kainato, acido kainico, ed AMPA. Generano un PdA meno intenso ma persistente.

5. Principali strutture sistema limbico e loro funzioni

Il sistema limbico è una formazione filogeneticamente antica, si tratta di un insieme di strutture cerebrali e insieme di circuiti neuronali presenti in parti del diencefalo e del telencefalo. Il suo scopo è quello di mantenere e conservare la specie, emozioni, olfatto, comportamento, memorizzazione, manifestazioni vegetative. Nell’uomo, le strutture del sistema limbico sono:

Componenti corticali

• Ippocampo, il giro paraippocampale e il giro del cingolo. L’ippocampo ha una funzione importante nella memoria a lungo termine, nella navigazione spaziale, e nell’apprendimento, magazzino di memoria.
• Corteccia cingolata, area mediale corteccia frontale: dolore e aggressività.

Componenti sottocorticali

1. Talamo: centro di smistamento che rielabora e smista le info.
2. Ipotalamo, nel diencefalo, ha una funzione di controllo sul sistema nervoso autonomo, interviene sul controllo delle funzioni vegetative e risposte fisiologiche, fame, sete, sesso e risposte comportamentali legate al pericolo. È connesso con l’ipofisi e controlla la produzione degli ormoni.
3. Amigdala, nel telencefalo, ha un importante ruolo nel comportamento emozionale, in particolar modo riguardo la paura, nell’apprendimento e nella memoria emozionale.
4. Sistema olfattivo.

Le aree del sistema limbico formano circuiti complessi che insieme giocano un ruolo essenziale in alcune funzioni cognitive superiori.

In particolare si può individuare un percorso interno al cervello che sembra implicato nel controllo corticale dell’emozione.

Questo percorso prende ora il nome di Circuito di Papez e segue quest’ordine:

1. Ipotalamo, funzioni vegetative, espressione delle emozioni.
2. Nucleo talamico anteriore, reattività emozionale.
3. Corteccia cingolata, dolore, regolazione dell’aggressività.
4. Ippocampo, memoria.

6. Classificazione principali neurotrasmettitori a basso peso molecolare

I neurotrasmettitori sono l’elemento che permette ai neuroni di comunicare legandosi e attivando i loro specifici recettori. In base alle loro dimensioni possiamo distinguere:

Alto peso molecolare ad azione lenta ma potente: polipeptidi, catene di amminoacidi, sintetizzati dai ribosomi del corpo cellulare, sono trasportati e processati attraverso il reticolo endoplasmatico e il Golgi e successivamente trasferiti, all’interno di vescicole di trasporto, fino al bottone sinaptico.

Basso peso molecolare, derivate da singoli amminoacidi, e ad azione rapida. Vengono sintetizzati da enzimi che si trovano nel bottone presinaptico: gli enzimi che ne determinano la formazione sono prodotti nel corpo cellulare e per diffusione raggiungono il bottone presinaptico. Dopo essere stati sintetizzati i neurotrasmettitori, mediante trasporto attivo, sono assorbiti all’interno delle numerose vescicole presenti nel terminale sinaptico.

Si possono suddividere in 4 classi a seconda della loro composizione chimica:

1. Aminoacidi:
   • Glutammato eccitatorio.
   • Aspartato.
   • GABA inibitorio.
   • Glicina.
2. L’Acetilcolina (Ach): eccitatorio, presente in: SNA, sinapsi neuromuscolari, SNC → vie colinergiche: prosencefalo-basale, n. Meynert, ponto-mesencefalica, tronco encefalico.
3. Ammine biogene: si dividono a loro volta in:
   1. Catecolammine caratterizzate dall’avere tutte lo stesso precursore, “Tirosina idrossilasi”.
      • Dopamina, substantia nigra, area tegmentale ventrale mesencefalo: carenza → Parkinson.
      • Noradrenalina eccitatorio, locus coeruleus nel tronco encefalico.
      • Adrenalina.
   2. Serotonina: implicata nella motilità, emostasi, sonno/veglia, sesso, termoregolazione…, nuclei del Rafe.
   3. Istamina.
4. Derivati purinergici: Adenosina, ATP.

7. Descrivere i recettori somato-sensoriali

I recettori somato-sensoriali si dividono in cutanei e sottocutanei. In base alle funzioni svolte questi recettori possono essere divisi in:

1. Nocicettori e termocettori: terminazioni nervose libere, ramificate e amieliniche, i rami amielinici di queste si ramificano nelle regioni superiori e inferiori del derma.
2. Meccanocettori: sensibili a stimoli meccanici, tatto e pressione ma anche percezioni relative alle condizioni del nostro corpo.
   1. Dischi di Merkel: fibre ad adattamento lento. Sono localizzate all’apice delle creste cutanee, possiedono la più alta risoluzione spaziale rispetto alle altre fibre. Sono altamente sensibili a punti, spessori e curvature.
   2. Corpuscoli di Meissner: fibre ad adattamento rapido. Sono vicini alla superficie cutanea e quindi sensibili ma non precisi come le fibre precedenti. Sono sensibili alla vibrazione che si verifica con il contatto di una superficie ruvida e sono responsabili della sensazione di slittamento di un oggetto sulla pelle.
   3. Corpuscolo di Pacini: adattamento rapido. Localizzati nello strato profondo del derma. Il contatto e la presa probabilmente dipendono da questi recettori.
   4. Terminali di Ruffini: sono strutture incapsulate allungate con un aspetto fusiforme e sono localizzate in profondità della cute, ma anche nei legamenti e nei tendini, sono sensibili allo stiramento cutaneo.

Considerando un campo recettoriale grande i recettori che il nostro organismo utilizza sono i corpuscoli di Pacini e le afferenze di Ruffini. Considerando un campo recettoriale piccolo invece si utilizzano fibre afferenti di Merkel e le afferenze di Meissner.

Nonostante la loro grande varietà tutti i recettori deputati alla sensibilità somatica funzionano nello stesso modo: gli stimoli applicati sulla pelle deformano o modificano le terminazioni nervose, influendo sulla permeabilità ionica della membrana dei recettori. Queste modificazioni creano un potenziale di recettori che a sua volta innesca potenziali d’azione. Il processo complessivo prende il nome di trasduzione sensoriale. La qualità dello stimolo è determinata dalle proprietà dei recettori e dalla posizione dei loro bersagli centrali. La quantità invece è data dalla frequenza di scarica dei potenziali d’azione.

8. Descrivere i recettori propriocettivi

I recettori propriocettivi, detti anche cinestetici, sono i recettori da cui dipende la propriocezione, sono quindi sensibili alle variazioni delle posture, dei movimenti del corpo e dei segmenti corporei, dello stato di contrazione dei propri muscoli. Tali recettori inviano impulsi che attraverso il midollo spinale giungono alle aree cerebrali deputate alle informazioni sulla posizione e sul movimento.

Fusi neuromuscolari

Recettori di stiramento, informano il SNC circa lo stato di allungamento del muscolo, localizzati all'interno della muscolatura striata-volontaria e disposti in parallelo con le fibre muscolari.

Sono molto più densi nei muscoli che controllano l’attività fine, mani, occhi. I fusi sono strutture piccole, di forma allungata; sono costituiti da una capsula di tessuto connettivo che avvolge un gruppo di piccole fibre muscolari dette fibre intrafusali, sia sensitive, afferenti, sia motrici, efferenti.

• Estremità delle fibre: sono contrattili, e si contraggono sotto l’azione dei motoneuroni gamma da cui sono innervate. Il ruolo dei motoneuroni gamma è quello di aggiustare la sensibilità dei fusi neuromuscolari allo stiramento: quando i motoneuroni gamma scaricano, l'estremità delle fibre si contraggono e si accorciano.
• Parte centrale delle fibre: è avvolta da terminazioni di neuroni sensoriali che sono sensibili allo stiramento. Questi neuroni sensoriali proiettano al midollo spinale e fanno sinapsi direttamente con i motoneuroni alfa che innervano lo stesso muscolo entro cui si trovano i fusi da cui viene l'afferenza.

Quando un muscolo è alla lunghezza di riposo: la porzione centrale del fuso è abbastanza stirata da attivare le fibre sensoriali, grazie a ciò anche un muscolo a riposo mantiene sempre un certo livello di tensione, tono muscolare.

Quando un muscolo è in movimento: come il muscolare si stira, anche i fusi si allungano e causa un aumento della frequenza di scarica della fibra sensoriale. Questo innesca la contrazione riflessa del muscolo, facendo sì che la lunghezza del muscolo rimanga costante ed evitando un danno da eccessivo stiramento. Questo riflesso, in cui l'allungamento del muscolo innesca una risposta contrattile che ne mantiene costante la lunghezza, è detto riflesso da stiramento o riflesso miotatico.

Il compito dei moto