Trasmissione sinaptica, Fisiologia umana

PROVE:

- esistono spazi inter neuronali di 15-20 nm (150-200Å)

- dipendenza metabolica di tutte le parti del neurone dal corpo cellulare; se si taglia

l'assone si può avere: 1) degenerazione anterograda che non investe le cellule con cui

l'assone ha rapporti, 2) cromatolisi nel corpo cellulare senza modificazioni nei bottoni

sinaptici afferenti.

- esistenza di una membrana, con alta resistenza e capacità elettrica rispetto a quelle

del citoplasma

- i neuroblasti del mantello del tubo embrionario rimangono entità cellulari distinte

durante tutto il loro sviluppo ontogenetico.

Il principale contributo dato da Sherrington è stato quello di fornire la controparte

funzionale della teoria neuronale di Cajal e di dimostrare che i rapporti sinaptici tra le

cellule nervose conferiscono al SNC le sue proprietà fondamentali:

- cioè la capacità delle popolazioni neuronali di modificare ed eventualmente

frazionare l'attività presinaptica,

- l'eccitazione e l'inibizione

- in una sola parola l'integrazione.

Principio della divergenza: la fibra nervosa (assone) di solito si ramifica

ripetutamente per terminare su molte cellule postsinaptiche e quindi un solo neurone

può avere effetti sinaptici su molti altri

Principio della convergenza: a sua volta un determinato neurone può ricevere fibre

presinaptiche da molti neuroni di tipo diverso e localizzati in zone diverse.

Tipi di congiunzione fra cellule:

Gap junction (giunzione comunicante) = sinapsi elettrica

- Giunzione con vescicole = sinapsi chimica

-

Sinapsi elettrica:

Il segnale nervoso passa direttamente dal terminale presinaptico alla cellula

- postsinaptica

Più rapida, affidabile, economica in termini energetici

- Prevalentemente non modulabile

- Prevalentemente bidirezionale

-

Sinapsi chimica:

Il pda causa la liberazione di sostanze chimiche o neurotrasmettitori

- immagazzinati nelle vescicole sinaptiche

Ritardo sinaptico, seppur breve (1 ms ca)

- Spazialmente precisa (0,1 μm)

- Paracrina e autocrina (come la comunicazione ormonale)

- Anche spillover, diffusione del neurotrasmettitore al di fuori della zona

- recettoriale postsinaptica (5HT, NE, ma anche Glu e GABA)

Regolabile da processi di modulazione (durante lo stimolo) e plasticità

- (elaborazione, apprendimento, memorizzazione delle informazioni su varie

scale temporali)

Può essere eccitatoria, inibitoria, modulare crescita, sviluppo, sopravvivenza,

- morte cellulare (apoptosi)

Unidirezionale (vettorialità ai processi di computazione nei circuiti neurali).

-

Esistono altre due modalità attraverso le quali una cellula eccitabile può

influenzare il comportamento elettrico di cellule limitrofe

- nella trasmissione di volume, il K che si accumula nello spazio extracellulare a

causa della ripetuta attività elettrica dei neuroni può depolarizzare direttamente le

cellule limitrofe (questo meccanismo potrebbe intervenire durante l’attivazione

massiva di fasci di fibre in un spazio extracellulare limitato)

- nella trasmissione efaptica, il campo elettrico di una cellula può coinvolgere

direttamente cellule adiacenti modificandone il potenziale.

SINAPSI ELETTRICA

Il citoplasma della cellula presinaptica è in continuità con quello della cellula

- postsinaptica attraverso canali ionici specializzati, gap junction, che

consentono il flusso di corrente da una cellula all’altra

Flusso di corrente attraverso i canali delle giunzioni comunicanti (connessoni)

- Vallo di 3,5 nm (35 Å)

- Assenza di ritardo sinaptico (0.1 msec)

- Conduzione prevalentemente bidirezionale, ma anche unidirezionale

- (rettificanti)

Possono essere trasmesse depolarizzazioni e iperpolarizzazioni

- Degradazione del segnale di stimolazione

- Nessuna inversione di polarità del segnale di stimolazione

- La corrente fluisce tanto più facilmente quanto più la Rm è bassa e quanto più

- grande è la superficie di contatto tra l’elemento pre e post sinaptico (la

conduttanza dipende dalla Rm e dalla superficie)

Sono molto diffuso nel SNC e periferico degli invertebrati e vertebrati. Sono

- frequenti negli stadi embrionali, poi diminuiscono. Sono presenti in tutti quei

distretti dove un ritardo sinaptico di natura chimica non sarebbe tollerabile:

miocardio, muscolatura liscia, cellule epiteliali, epatociti, cellule gliali, SNP e

SNC (neocorteccia, talamo, nucleo olivare inferiore e cervelletto, dove

generano l’attività SINCRONA di gruppi neuronali).

Il funzionamento delle sinapsi elettriche è soggetta a modulazione, da parte:

- Del pH intracellulare (↓pH→ chiusura)

 Ioni Ca (↑Ca++ intracellulare ad es per rottura del plasmalemma → chiusura =

 isolamento della cellula)

Nucleotidi ciclici

 Neurotrasmettitori (ad es.: la dopamina disaccoppia le sinapsi elettriche a

 livello delle cellule orizzontali della retina, impedendo al segnale di propagarsi

orizzontalmente; trasmettitori inibitori influenzano le sinapsi elettriche

dell’oliva inferiore) →il disaccoppiamento impedisce al segnale di propagarsi

in senso orizzontale e permette l’instaurarsi di un corretto rapporto spaziale tra

campi recettivi centrali e periferici. In questo modo viene mantenuto il

massimo contrasto tra la zona centrale e quella periferica del campo.

L’accoppiamento elettrico permette la propagazione efficiente e rapida del pda

- e la sincronizzazione di un gran numero di cellule (es. muscolo cardiaco dove

un gran numero di cellule si contraggono simultaneamente e nella corteccia

cerebrale)

Rivestono particolare importanza in reazioni rapide come la fuga (ad es. il

- colpo di coda con cui il pesce rosso inizia la risposta di fuga è mediato da

sinapsi elettriche).

L’accoppiamento elettrico è assicurato da 2 emicanali chiamati connessoni,

accollati strettamente da una parte e dall’altra della sinapsi in modo da lasciare

uno spazio molto ridotto, virtuale, tra l’elemento pre e post sinaptico. È costituito

da 6 subunità proteiche, le connessine, disposte in circolo in modo da delimitare

un poro acquoso di 2 nm di diametro che mette in comunicazione il citoplasma di

2 cellule attigue: permette il passaggio di ioni in modo poco selettivo e di piccole

molecole come ATP, adenosina, cAMP, cGMP, Ca, piccoli peptidi.

L’apertura del canale avviene mediante modificazione conformazionale delle 6

connessine con leggera rotazione di un canale rispetto ad un altro.

La depolarizzazione della fibra della fibra presinaptica, mediante corrente

depolarizzante causa l’insorgenza di una depolarizzazione che si propaga nella

fibra postsinaptica. Invece la depolarizzazione della cellula post sinaptica viene

trasmessa solo in minima parte alla cellula presinaptica che è quindi incapace di

generare un pda.

SINAPSI CHIMICA

(Studi di Katz e Miledi sulla giunzione neuromuscolare di una rana).

Sono le più diffuse sia a livello del SNC che periferico.

- Sono caratterizzate da un ritardo nella risposta dovuto la sostanza chimica,

- liberata dalle vescicole sinaptiche in seguito a depolarizzazione del terminale

presinaptico, deve attraversare la fessura e legarsi ai recettori della membrana

postsinaptica.

Ogni terminale assonico contiene vescicole sinaptiche addensate in gruppi

- Vicino alle vescicole ci sono le zone attive, sulle quali sono localizzati i canali

- del Ca++ voltaggio dipendenti responsabili della depolarizzazione ed esocitosi.

In seguito all’arrivo di un pda questi canali si aprono e il calcio può entrare

nella cellula con un aumento di 1000 volte (da 100 nM a 100 µM). In seguito

alla chiusura dei canali la [Ca++] torna in pochi ms ai valori di controllo.

Nella vescicola è contenuto il neurotrasmettitore (Ach in questo caso)

- Il terminale presinaptico è separato dal postsinaptico da una fessura sinaptica,

- di 30 nm.

La fibra muscolare è separata dal terminale presinaptico da una membrana

- basale: questa presenta delle invaginazioni, in corrispondenza dei siti di

liberazione, con i canali del Na+ voltaggio dipendenti, che si alternano a

piccole sporgenze chiamate creste dove ci sono i recettori nicotinici per Ach. I

canali del Na+ sono responsabili della generazione del pda nella cellula

postsinaptica.

Gli ispessimenti della membrana postsinaptica corrispondenti ai siti di

- liberazione sono detti placche motrici.

In seguito all’arrivo del pda le vescicole si fondono con il terminale

- presinaptico e liberano Ach che arriva in concentrazione elevata ai recettori

presenti sulla membrana postsinaptica.

L’Ach si lega a 2000 recettori che si aprono quando 2 molecole di Ach si

- legano contemporaneamente a un recettore.

Ogni recettore canale ha una conduttanza d 25 pS e resta aperto per 1,5 ms

- facendo entrare o uscire circa 35.000 cationi (Na+, K+, Ca++). Il flusso di

queste cariche determina la depolarizzazione della membrana postsinaptica, il

potenziale di placca (EPP) di solito sufficiente a raggiungere la soglia per la

generazione del pda, altrimenti si estingue.

I potenziali di placca hanno un’ampiezza superiore a quella necessaria per

raggiungere la soglia del pda. In presenza del curaro, che blocca i recettori

nicotinici per Ach, l’ampiezza dei potenziali di placca si riduce al di sotto della

soglia dei pda → l’ampiezza del EPP è un fenomeno graduale che varia in

rapporto al numero di recettori attivati. Scompare quando la [ ] del curaro è tale da

bloccare tutti i recettori e si ha paralisi muscolare.

L’ampiezza del potenziale di placca è massima a livello della placca motrice e

diminuisce man mano che si allontana da questa. A una diminuzione del EPP

corrisponde un prolungamento della risposta. Pertanto la corrente generata

localmente diffonde passivamente nella zone vicine seguendo le proprietà di cavo

delle fibre muscolari.

L’attivazione della corrente sinaptica corrisponde all’apertura più o meno sincrona

dei canali, la sua inattivazione riflette i tempi di chiusura dei canali stessi.

Le correnti sinaptiche sono le responsabili del EPP e le loro cinetiche sono

strettamente legate all’apertura e chiusura dei canali attivati da Ach. L’attivazione

corrisponde all’apertura più o meno sincrona dei canali e la sua inattivazione riflette i

tempi di chiusura dei canali stessi. Il decorso temporale di EEP è più lungo rispetto

alle correnti che lo sottendono perché è dovuto al tempo necessario alla membrana

muscolare per caricare o scaricare la capacità della membrana stessa. Il potenziale

d’inversione delle correnti che fluiscono attraverso i recettori nicotinici è circa 0mV e

corrisponde a una corrente cationica genera