Riassunto esame Fondamenti anatomo-fisiologici dell'attività psichica, prof. Perri, libri consigliati: Principi di Neuroscienze, Kandel, Sckwartz, Jessel; Neuroscienze, Bear, Connors, Paradiso

Modulo 4: Neurotrasmettitori

I neurotrasmettitori

I neurotrasmettitori rappresentano l'elemento chimico alla base della comunicazione neuronale. In particolare, i neurotrasmettitori sono contenuti all'interno delle vescicole sinaptiche o dei granuli secretori del bottone terminale. La quantità di neurotrasmettitore contenuta in una vescicola viene anche definita quanto poiché ogni vescicola contiene lo stesso numero di neurotrasmettitori (diverse migliaia). La fusione delle vescicole con la membrana pre-sinaptica avviene in punti esatti detti zone attive, che rappresentano quindi i siti effettivi di rilascio del neurotrasmettitore nella fessura sinaptica. Il processo di esocitosi è favorito dal calcio.

Identificare il neurotrasmettitore: criteri

Sono quattro i criteri che consentono di identificare un neurotrasmettitore come tale:

• La molecola deve essere sintetizzata nel neurone presinaptico.
• Dopo la stimolazione, la molecola deve essere rilasciata dal terminale assonico.
• Se somministrata sperimentalmente (ad esempio un farmaco), la molecola deve produrre una risposta nel neurone postsinaptico simile a quella prodotta dal rilascio di neurotrasmettitore da parte del neurone presinaptico.
• Vi è uno specifico meccanismo di smaltimento dai siti dove il neurotrasmettitore esercita la sua azione (fessura sinaptica).

Neurotrasmettitori e recettori

In linea generale, bisogna ricordare che:

• Ogni recettore viene legato da uno specifico neurotrasmettitore.
• Un neurotrasmettitore può legarsi anche a diversi recettori (sottotipi del recettore).

Tipi di neurotrasmettitore

I neurotrasmettitori vengono classificati in tre categorie chimiche: gli aminoacidi, le amine e i peptidi. I primi due vengono rilasciati dalle vescicole sinaptiche, mentre i peptidi vengono rilasciati dai granuli secretori. Due o più neurotrasmettitori rilasciati dal medesimo terminale vengono definiti co-trasmettitori.

Acetilcolina (ACh) e neuroni colinergici

L'acetilcolina (ACh) è presente in diversi circuiti del SNC e nella giunzione neuromuscolare; i neuroni che usano l'ACh vengono anche chiamati colinergici. L'ACh viene sintetizzata da tutti i motoneuroni del midollo spinale e del tronco dell'encefalo; l'azione di questo neurotrasmettitore può essere sia di tipo eccitatorio (es. giunzione neuromuscolare) che inibitorio (es. a livello cardiaco) in base al sottotipo di recettore legato. Nel cervello sono presenti due sistemi modulatori colinerigici:

• Complesso del proencefalo basale (nucleo del setto mediale e nucleo basale di Meynert)
• Complesso pontomesencefalo-tegmentale

Neuroni catecolaminergici

Rientrano nella classe delle catecolamine tre neurotrasmettitori: l'adrenalina (A), la noradrenalina (NA) e la dopamina (DA). Si noti che A e NA vengono anche chiamate epinefrina e norepinefrina rispettivamente. Neuroni catecolaminergici sono presenti in diffuse aree del SN. I sistemi modulatori della dopamina hanno origine nell'area tegmentale ventrale, quelli della noradrenalina nel locus coeruleus.

Neuroni serotoninergici

I sistemi modulatori della serotonina hanno origine nei nuclei del rafe. Questo neurotrasmettitore è particolarmente coinvolto nella inibizione delle vie dolorifiche nel midollo spinale, oltre che nel controllo del sonno e dell'umore.

Neuroni aminoacidici

Rientrano in questa categoria il glutammato (Glu), la glicina (Gly) e l'acido gamma-aminobutirrico (GABA). Vengono rilasciati in moltissime sinapsi del SNC.

Altri tipi di neurotrasmettitore

In aggiunta alle amine e aminoacidi, vi sono piccole molecole che possono ricoprire il ruolo di trasmettitore: un esempio è l'adenosintrifosfato (ATP), generalmente usata come fonte di "energia cellulare" (vedi pompa sodio-potassio). Inoltre, sono state individuate delle molecole lipidiche che rappresentano dei messaggeri retrogradi, i quali vengono rilasciati dal neurone post-sinaptico ed agiscono sulla cellula pre-sinaptica. Un esempio di messaggeri retrogradi sono gli endocannabinoidi: diversamente dai neurotrasmettitori "tradizionali", gli endocannabinoidi non vengono immagazzinati nelle vescicole ma sintetizzati a comando.

Canali trasmettitore-dipendenti

Il recettore nicotinico dell'ACh è il più noto di questi canali. È costituito da cinque subunità denominate α, β, γ, δ (di cui due α). L'ACh lega la subunità α, ma l'apertura del canale è possibile soltanto se entrambe le subunità α vengono legate dal neurotrasmettitore. Ciascuna subunità è composta da quattro segmenti che formano delle alfa eliche. Sono stati identificati degli aspetti (precedentemente descritti) che accomunano tutti i recettori trasmettitore-dipendenti, definiti anche recettori ionotropici.

Canali aminoacido-dipendenti: canali del GABA

Il GABA media la gran parte delle sinapsi inibitorie del cervello. Un eccesso di inibizione può condurre al coma o a stati alterati di coscienza, mentre una ridotta inibizione potrebbe indurre delle convulsioni. Consideriamo il recettore GABA_A il quale, oltre che dal neurotrasmettitore GABA, viene legato anche da altre sostanze quali ad esempio:

• Benzodiazepine
• Barbiturici (anticonvulsivanti)
• Etanolo (agisce anche su altri recettori)

Le sostanze farmacologiche non aprono direttamente il canale, ma modificano l'effetto del GABA sul recettore quando il neurotrasmettitore lega il canale nello stesso momento della sostanza farmacologica.

Canali aminoacido-dipendenti: canali del glutammato

Vi sono tre sottotipi di recettore del glutammato che prendono il nome dai loro agonisti: AMPA, NMDA e kainato. I primi due mediano gran parte della trasmissione veloce del cervello. I canali AMPA-dipendenti sono permeabili al K⁺ e al Na⁺. Se attivati, faranno in modo che il Na⁺ in entrata sia superiore al K⁺ in uscita, provocando così una rapida depolarizzazione della cellula. I recettori AMPA mediano quindi la trasmissione di tipo eccitatorio. I canali NMDA-dipendenti si trovano spesso nelle stesse sinapsi degli AMPA, partecipando ai PPSE. Anche gli NMDA consentono l'ingresso massiccio di Na⁺ ma, diversamente dagli AMPA, sono permeabili al Ca²⁺.

Recettori associati alla proteina G

La caratteristica dei recettori associati alla proteina G, anche detti metabotropici, è che il neurotrasmettitore lega la proteina recettrice, la quale a sua volta attiva molecole proteiche dette proteine G, che in alcuni casi attivano altre proteine o enzimi chiamati secondi messaggeri. Questi recettori presentano caratteristiche comuni, ovvero contengono:

• Sette alfa eliche che attraversano la membrana
• Un sito recettoriale per il neurotrasmettitore nella zona extracellulare
• Un sito recettoriale per la proteina G nella zona intracellulare

Una volta attivata, la proteina G può legarsi al canale ionico o agli enzimi attivati dalla proteina G: i due meccanismi prendono il nome, rispettivamente, di "via più breve" e "cascate del secondo messaggero".

La via più breve

In questa modalità il recettore attiva la proteina G che a sua volta attiva direttamente il canale ionico. I processi della via breve sono più lenti di quelli tipici del recettore trasmettitore-dipendente, ma più rapidi delle cascate del secondo messaggero.

Cascate del secondo messaggero

Le proteine G possono anche attivare degli enzimi, responsabili a loro volta di una serie di reazioni biochimiche che consistono nell'attivazione di diversi enzimi grazie all'intervento dei cosiddetti secondi messaggeri.

Reuptake (riassorbimento) del neurotrasmettitore

Una volta rilasciati nella fessura sinaptica, i neurotrasmettitori generalmente legano i recettori del neurone post-sinaptico; tuttavia, una parte di neurotrasmettitori potrebbe non legare i recettori e dovrà quindi essere rimossa dalla fessura sinaptica. La rimozione può avvenire per semplice diffusione delle molecole nel liquido extracellulare, oppure per ricaptazione (detta anche reuptake o riassorbimento). La ricaptazione avviene grazie ai trasportatori, ovvero delle proteine presenti nella membrana pre-sinaptica. Una volta rientrati nel citoplasma del terminale assonico, i neurotrasmettitori possono essere recuperati dalle vescicole sinaptiche oppure degradati per via enzimatica. Un'altra modalità di rimozione del neurotrasmettitore consiste nella sua degradazione enzimatica all'interno della fessura sinaptica (come avviene ad esempio per l'ACh nella giunzione neuromuscolare). La rimozione del neurotrasmettitore in eccesso serve ad evitare l'instaurarsi della cosiddetta desensibilizzazione, che consiste nella temporanea chiusura (di alcuni secondi) e quindi insensibilità dei recettori post-sinaptici qualora il neurotrasmettitore fosse presente in quantità eccessive nella fessura sinaptica. La desensibilizzazione è ad esempio una delle conseguenze neurobiologiche dell'abuso di alcune sostanze psicoattive. Al contrario, vi sono delle condizioni nervose e mentali in cui la maggiore disponibilità di neurotrasmettitore nella fessura sinaptica, e quindi la riduzione della sua ricaptazione, rappresenta una possibile strategia terapeutica.

Divergenza e convergenza dei neurotrasmettitori

Viene definita divergenza l'abilità di un neurotrasmettitore di produrre effetti diversi in diversi sottotipi di recettore, e quindi la possibilità di provocare diversi tipi di risposte post-sinaptiche. Convergenza: ciascun neurotrasmettitore lega un recettore specifico, tuttavia può accadere che diversi neurotrasmettitori producano effetti convergenti sul medesimo sistema effettore. I neurotrasmettitori costituiscono un elemento essenziale (forse il principale) alla base della comunicazione nervosa: queste molecole regolano infatti processi cognitivi ed omeostatici la cui comprensione risulta di fondamentale importanza allo psicologo.

Modulo 5: Anatomia e sviluppo del sistema nervoso

Riferimenti anatomici

Si riconoscono alcuni assi principali, come ad esempio l'asse antero-posteriore che prende anche il nome di rostro-caudale. Rostrale e caudale sono due termini che indicano, rispettivamente, la parte anteriore e posteriore, come suggerito anche dall'etimologia latina: rostrum (becco) e cauda (coda). Vi è poi un asse dorso-ventrale che indica invece le porzioni superiore o dorsale (da dorsum=dorso), e inferiore o ventrale (da venter=ventre), in riferimento al midollo spinale. Considerando infatti la figura di un uomo in posizione eretta, identificheremo la direzione rostrale come quella che procede verso la testa (viceversa caudalmente verso i piedi) e la direzione dorsale verso la schiena (viceversa ventralmente verso l'addome). Ve ne è un terzo definito medio-laterale. Si definisce mediale una struttura più vicina alla linea mediana, ovvero alla linea immaginaria che percorre la parte centrale del sistema nervoso. Al contrario, le strutture più lontane dalla linea mediana vengono dette laterali. In anatomia vengono inoltre adottati i termini ipsilaterale e controlaterale per indicare, rispettivamente, strutture che si trovano sullo stesso lato o sul lato opposto.

Piani di sezione anatomica

I piani di sezione anatomica ci aiutano ad orientarci e muoverci nel sistema nervoso come se avessimo la possibilità di sezionare, ovvero di affettare, il cervello in tre dimensioni. In particolare, si identificano i piani sagittale, coronale e orizzontale.

• Piano sagittale mediano: divide il cervello nelle due metà destra e sinistra.
• Piano orizzontale: parallelo al suolo, divide il cervello fra aree dorsali e ventrali.
• Piano coronale: divide il cervello in aree anteriori e posteriori. Perpendicolare al suolo.

Il sistema nervoso

L'intero sistema nervoso si distingue in due porzioni fondamentali: il sistema nervoso centrale e il sistema nervoso periferico.

Il sistema nervoso centrale

Viene definito sistema nervoso centrale (SNC) tutta la parte del sistema nervoso racchiusa nel cranio e nella colonna vertebrale, ovvero il cervello e il midollo spinale.