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Fisiologia (risposte aperte)

Come funziona il neurone?

Il neurone ha due tipi di funzioni: input e output.

• Input: Il sistema nervoso è strutturato per ricevere informazioni dall'esterno attraverso i canali sensoriali (vista, udito, gusto, tatto, olfatto). Importanti informazioni provengono dall'interno dell’organismo (ad esempio dolore viscerale, senso di posizione e movimento nello spazio).
• Output: Elaborate le informazioni, i segnali bioelettrici vengono convogliati ai muscoli scheletrici (per i movimenti del nostro corpo), ai muscoli lisci dei visceri e al muscolo striato cardiaco. La zona del neurone deputata agli input è il dentrite, la zona del neurone deputata agli output è l'assone.

Le funzioni estremamente complesse che si trovano tra input e output servono, ad esempio, per integrare tra loro diverse modalità sensoriali.

Cosa sono i motoneuroni?

Detti anche efferenti, sono i neuroni che emanano impulsi di tipo motorio agli organi della periferia corporea. Si distinguono da quelli afferenti per il fatto che questi ultimi partecipano all’acquisizione di stimoli trasportando le informazioni dagli organi sensoriali al sistema nervoso centrale.

Descrivere la morfologia del neurone

Il neurone è la cellula più complessa del nostro organismo. È dotata di un corpo cellulare dotato di un nucleo, dal quale originano dei prolungamenti rivestiti da membrana plasmatica e all’interno dei quali è presente il citoplasma. I prolungamenti del neurone non sono tutti equivalenti. Infatti, il dentrite, che si occupa degli input, è di maggior diametro e si ramifica ulteriormente in prossimità del corpo cellulare. L'assone invece, responsabile degli output, ha origine dal corpo cellulare come singolo prolungamento ed è più piccolo. Nei prolungamenti degli assoni passano gli impulsi elettrici diretti ad altre cellule e affinché la conduzione sia più rapida, l’assone possiede un rivestimento isolante detto guaina mielinica (composta da mielina e cellule di Schwann) la quale presenta delle “interruzioni” o delle zone di spessore minimo dette nodi di Ranvier in corrispondenza delle quali si ha il passaggio degli ioni. Infine, abbiamo il bottone terminale o terminale assonale, presente alla fine di ogni ramo dell’assone. Qui sono presenti le vescicole sinaptiche che contengono i neurotrasmettitori.

Descrivere le funzioni delle componenti neuronali

I dendriti nascono subito dal soma con le loro ramificazioni mentre l’assone nasce dal soma come singolo prolungamento, detto branca principale, per poi ramificarsi successivamente con delle branche cosiddette collaterali. Queste branche collaterali hanno un diametro minore rispetto alla branca principale. I terminali assonali sono più di uno. Ci saranno tanti terminali assonali quante ramificazioni si sono create. È chiaro che l’informazione in output può essere trasmessa a più neuroni insieme. Il messaggio trasmesso dal neurone può essere ricevuto simultaneamente da diversi destinatari, sia che siano neuroni o altre cellule specializzate. Ogni terminale assonale vi è un piccolo rigonfiamento, chiamato bottone terminale. I bottoni terminali rappresentano il punto di passaggio dell’informazione. Le strutture che consentono il passaggio vengono dette sinapsi.

Descrivere i vari tipi di neuroni

Si classificano in base alla lunghezza dell’assone, i neuroni appartengono a uno dei due tipi:

• Neuroni di proiezione: assone lungo con terminali assonali lontani dal soma, trasmettono informazioni a neuroni posti a notevole distanza.
• Interneuroni (o a circuito locale): assone breve che finisce nei dintorni del corpo cellulare, trasmettono informazioni a neuroni vicini.

In seguito abbiamo:

• I neuroni sensitivi o afferenti: acquisiscono stimoli dagli organi e li trasportano al SNC.
• Interneuroni motori: integrano le informazioni acquisite e le trasmettono ai neuroni motori.
• Neuroni motori o efferenti: detti anche motoneuroni emanano impulsi di tipo motorio agli organi della periferia corporea.

Qual è la funzione della sinapsi?

La sinapsi è la connessione funzionale tra due cellule nervose o tra una cellula nervosa e un determinato organo periferico. La sinapsi è pertanto formata da:

• Un bottone terminale del neurone trasmittente, la membrana che circonda il bottone è detta presinaptica.
• Una struttura nel neurone ricevente, generalmente un dendrite, anch’esso circondato da membrana che viene chiamata però postsinaptica.
• Uno spazio detto fessura sinaptica che appartiene allo spazio extracellulare. Nella sinapsi l’informazione fluisce dal neurone presinaptico a quello postsinaptico.

Che cosa è un canale ionico?

È una proteina che attraversa la membrana cellulare (trans-membrana) e che modula il potenziale di membrana. Controlla il flusso di ioni che entra ed esce dalla cellula secondo il gradiente di concentrazione. L'entrata di questi ioni, in particolare gli ioni Ca²⁺, modula funzioni cellulari importanti come la contrazione muscolare e la trasmissione nervosa. Possiamo infine avere due tipologie di canali: quelli di cui l’apertura e chiusura sono legate a variazioni del potenziale e quelli che sono regolati da un ligando specifico.

Descrivere il funzionamento dei canali ionici

Il canale ionico funziona in modo passivo quando è sempre aperto grazie alla selettività degli ioni dove è presente un continuo attraversamento di membrana dovuto alla variazione del potenziale di membrana. Il canale ionico può anche essere ad accesso variabile nel momento in cui si attiva solo dopo uno stimolo chimico, fisico o meccanico ed è regolato da un ligando specifico. Molti ioni sono distribuiti in modo disomogeneo nell’ambiente intra ed extracellulare. Lo ione sodio (Na⁺), che presenta una carica positiva, è più concentrato nell’ambiente extracellulare rispetto a quello intracellulare. In teoria, lo ione Na⁺ non può attraversare la membrana plasmatica (il doppio strato lipidico). In realtà, le membrane non sono formate solo da fosfolipidi, ma anche le proteine che attraversano la membrana. Alcune di queste sono vere e proprie porte, che possono essere aperte, o chiuse. Tali proteine sono dette canali ionici.

Cosa si intende per membrana eccitabile?

Per definizione sono quelle membrane in grado di generare e/o condurre segnali elettrici. Si intende la proprietà che hanno le membrane dei tessuti eccitabili in particolare neuroni e cellule muscolari (lisce e striate). Sono membrane in grado di generare e condurre segnali elettrici detti anche potenziali d’azione che possono essere postsinaptici eccitatori (PSSE) o inibitori (PSSI). Le membrane eccitabili sono le membrane plasmatiche che circondano neuroni e cellule muscolari, rappresentano la caratteristica principale dei tessuti eccitabili.

Cosa si intende per eccitabilità neuronale?

È la proprietà biofisica dei neuroni che consiste nella capacità di generare impulsi elettrici che si propagano lungo la membrana. La membrana del neurone ha la caratteristica di reagire ai cambiamenti dell’ambiente con variazioni del potenziale di membrana. In questo modo comunicano le cellule. L’eccitabilità dipende dalla presenza di canali nella membrana con permeabilità selettiva e la possibilità di variare quest’ultima in relazione alla differenza di potenziale (voltaggio dipendenti) tra le due superfici della membrana.

Indicare con precisione la differenza di potenziale

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

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

Descrivere il meccanismo di elettrogenesi

È un meccanismo che si attiva alla formazione del potenziale di membrana, il quale nasce con distribuzione non uguale delle cariche elettriche ai due lati della membrana a seguito dell’apertura. Durante l’elettrogenesi viene a crearsi la “differenza” di potenziale di membrana in quanto fuori dalla cellula si hanno alte concentrazioni di sodio, calcio e cloro e dentro la cellula si hanno alte concentrazioni di potassio e anioni organici.

Descrivere le caratteristiche di un potenziale d'azione

Le caratteristiche sono le seguenti:

• È una depolarizzazione rapida del potenziale di membrana che raggiunge valori al di sopra di 0mV per poi ritornare lentamente a riposo.
• È un evento che si ripete nel tempo e nello spazio.
• Richiede che la depolarizzazione superi un valore critico (soglia) e superato tale valore si osserva il potenziale d’azione.
• Si osserva in cellule eccitabili ed è usato per trasferire informazioni da una cellula all’altra con le connessioni sinaptiche.
• Dopo il potenziale c’è un periodo di riposo assoluto e poi parziale.
• Si propaga con velocità compresa tra 1m/s e 100 m/s.

Cosa si intende per fase di ripolarizzazione?

È una fase del procedimento nel quale opera il potenziale d’azione. Dopo la depolarizzazione, nella quale si aprono i canali per il sodio e aumenta la conduttanza per gli ioni G_na, si ha la ripolarizzazione che è dovuta a una corrente in uscita di potassio (K) con aumento dello ione G_k che tende a ripolarizzare la membrana. Alla fine abbiamo l’iperpolarizzazione nella quale aumenta la negatività poiché i canali per il potassio non si chiudono in modo sincrono.

Descrivere le caratteristiche delle varie conduttanze ioniche nel potenziale d'azione

Durante un potenziale d’azione si verifica una variazione delle conduttanze ioniche che riguardano il sodio e il potassio, entrambe attivate dal voltaggio. Le cellule eccitabili possiedono un largo corredo di canali ad accesso variabile, che contribuiscono ad una vasta gamma di risposte che le cellule sono in grado di fornire. La variabilità della conduttanza è strettamente legata alla variabilità di forma, durata e meccanismi di accensione o gating dei canali: canali aperti da stimoli depolarizzanti o gating dei canali; canali attivati da secondi messaggeri; canali passivi.

Cosa si intende per fase di 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 V_m raggiunge il valore di equilibrio e si registra un maggiore efflusso di K⁺.

Cosa si intende per fase di depolarizzazione?

Dovuta alla rapida apertura dei canali del Na⁺ con un aumento della conduttanza dello ione (G_Na) con la comparsa di una corrente entrante. La depolarizzazione provoca inattivazione dei canali del Na⁺ e l’apertura dei canali per il K⁺.

Quali sono le fasi di un potenziale d'azione?

Nel profilo di un potenziale d’azione si parte da una situazione di riposo per poi ritornare alla stessa. La prima fase è quella della depolarizzazione dovuta all’apertura dei canali sodio Na e la comparsa di una corrente entrante che però inattiva i canali sodio e attiva quelli del potassio K. La seconda fase è quella della ripolarizzazione dovuta a una corrente in uscita di potassio K che ripolarizza la membrana. Ultima fase iperpolarizzazione, nella quale molti canali del potassio non si chiudono in modo sincrono e quindi aumenta la negatività.

Come funziona una sinapsi chimica?

Sono le sinapsi più diffuse nel sistema nervoso centrale e periferico. Nelle sinapsi chimiche la cellula presinaptica libera il neurotrasmettitore liberato per esocitosi dalle vescicole presenti nel terminale presinaptico a seguito di una depolarizzazione dovuta dall'apertura di canali del Ca²⁺ voltaggio-dipendenti, deve attraversare lo spazio sinaptico e legarsi ai recettori presenti sulla membrana dell'elemento postsinaptico. I principali neurotrasmettitori sono: Acetilcolina, Amine Biogene, Amminoacidi, Istamina.

Indicare le principali differenze tra la sinapsi elettrica e la sinapsi 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 un neurotrasmettitore, una sostanza chimica immagazzinata in vescicole.

Descrivere le caratteristiche generali e comuni dei vari trasmettitori

Un neurotrasmettitore deve essere immagazzinato e sintetizzato nelle vescicole presinaptiche per poi essere rilasciato. Per esplicare la sua azione 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 tra neurotrasmettitori ed ormoni risiede nel fatto che questi ultimi vengono immessi nel circolo ematico in modo da raggiungere organi bersaglio situati in lontananza. Le caratteristiche per un neurotrasmettitore sono: deve essere sintetizzato dal neurone presinaptico; è liberato in seguito all’insorgenza di impulso nervoso di intensità tale da generare una risposta; la sostanza identificata come neurotrasmettitore deve dare sempre la stessa risposta che deve essere bloccata da molecole definite antagonisti competitivi; è metabolizzato da enzimi specifici e ricaptato da trasportatori deputati all’inattivazione e rimozione del neurotrasmettitore. Enzimi e trasportatori sono presenti nel citoplasma o nella membrana di neuroni o cellula della glia.

Come funziona una sinapsi elettrica?

Nelle sinapsi elettriche il citoplasma della membrana presinaptica è a stretto contatto con quello della cellula postsinaptica. Questo è possibile in virtù della presenza di gap junction, dei canali ionici specializzati che consentono il flusso ionico da una cellula all’altra. L’estensione della superficie di contatto influenza la conduttività della sinapsi. Una depolarizzazione della fibra presinaptica viene immediatamente trasferita all’elemento postsinaptico.

Descrivere i vari tipi di recettori per i neurotrasmettitori

I recettori si dividono in due grosse famiglie: recettori ionotropici o recettori canale (formano un canale ionico vero e proprio e il legame con il neurotrasmettitore induce una variazione conformazionale che apre il poro); recettori metabotropici (attivano indirettamente dei canali ionici mediante una cascata di secondi messaggeri capaci di attivare eventi biochimici anche abbastanza complessi). Nel caso dei recettori metabotropici bisogna prendere in considerazione la struttura del recettore, il ciclo delle proteine G e l’effettore che viene attivato. I recettori possono avere localizzazione diversa e si differenziano in: intracellulari (alcune sostanze lipofile hanno la capacità di diffondere attraverso la membrana delle cellule e di agire su recettori intracellulari. Regolano la crescita, la differenziazione cellulare e l’omeostasi); recettori di membrana (sono proteine integrali di membrana capaci di segnalare alla cellula la presenza del ligando, sono: recettori canale, recettori accoppiati a proteine G, recettori ad attività tirosin-chinasica, recettori ad attività guanilato ciclasica).

Indicare le principali differenze tra i recettori ionotropici ed i recettori metabotropici

I recettori ionotropici appartengono alla famiglia dei canali attivati dai ligandi; sono chiamati recettori nicotinici (attivati da acetilcolina e nicotina). Si differenziano due gruppi: periferici (sulla membrana postsinaptica delle fibre muscolari scheletriche); centrali (localizzati sulle terminazioni nervose e il soma dei neuroni del SNC). Entrambi sono canali cationici permeabili allo ione sodio, per cui l’apertura indotta dal neurotrasmettitore determina l’insorgenza di un potenziale d’azione. I recettori metabotropici sono costituiti da un’unica catena polipeptidica, che da origine a sette domini trans membrana. I loop intracitoplasmatici danno origine al sito di legame per le proteine G, coinvolte nel controllo indiretto di canali ionici che vengono attivati o inattivati per fosforilazione/defosforilazione.

Descrivere brevemente le caratteristiche della plasticità sinaptica

Per plasticità sinaptica si intende un processo di continuo rimodellamento della connettività tra neuroni, con variazioni della morfologia, del numero, della posizione, della forza di scarica. Porta allo sviluppo del sistema nervoso centrale e periferico. È alla base dell’apprendimento e del recupero funzionale dopo lesioni a carico di particolari circuiti. La formazione di un circuito neuronale prevede una comunicazione bidirezionale tra il compartimento pre e post sinaptico, con uno sviluppo della connettività mediante la formazione o rimozione di sinapsi.

Cosa si intende per recettore a canale ionico?

Per recettore a canale ionico o recettori ionotropici si intende un canale ionico vero e proprio e il legame con il neurotrasmettitore induce una variazione conformazionale che apre il poro. Sono recettori rapidi e capaci di innescare un potenziale d'azione. I Recettori canali è costituito da glicoproteine che si assemblano a formare un canale idrofilico. Nel recettore canale l'apertura del canale è indotta dalla presenza del ligando che modifica la conduttanza ionica.

Quali sono le caratteristiche di un recettore accoppiato a proteina G?

I recettori accoppiati a proteine G costituiscono la famiglia recettoriale maggiormente presente in tutto il corpo umano; sono recettori a cui si legano un’ampia varietà di ligandi, come ormoni e neurotrasmettitori. Il recettore è una proteina di membrana, formata da... (testo troncato per lunghezza eccessiva).