Trasmissione sinaptica, Fisiologia umana

Trasmissione sinaptica: generalità, meccanismi e integrazione

Le cellule comunicano tra loro mediante sinapsi. Il termine sinapsi fu coniato all'inizio del '900 da Sherrington: deriva dal greco "synàptein", ossia "connettere". È una struttura altamente specializzata che consente la comunicazione tra neuroni, o tra un neurone e un organo effettore come una fibra muscolare, una ghiandola o un vaso sanguigno. Un neurone riceve numerose sinapsi (fino a 10³-10⁴) da altrettanti neuroni (convergenza). A propria volta un neurone può inviare sinapsi a numerosi neuroni (fino a 10³-10⁴) riceventi (divergenza).

Azioni

• Eccitazione
• Inibizione
• Influenze trofiche

Teoria neuronale di Ramon y Cajal

Ciascuna cellula nervosa è una entità strutturale delimitata dalla sua membrana e la discontinuità strutturale corrisponde a una discontinuità funzionale. Il concetto di sinapsi, introdotto da Sherrington, è storicamente legato al riconoscimento del neurone come entità anatomica individuale, formulato da Cajal.

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: capacità delle popolazioni neuronali di modificare ed eventualmente frazionare l'attività presinaptica, l'eccitazione e l'inibizione, in una sola parola, l'integrazione.

Principi della divergenza e della convergenza

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. È più rapida, affidabile, economica in termini energetici, prevalentemente non modulabile e bidirezionale.

Sinapsi chimica

Il potenziale d'azione causa la liberazione di sostanze chimiche o neurotrasmettitori immagazzinati nelle vescicole sinaptiche. C'è un ritardo sinaptico, seppur breve (1 ms ca). È 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).

Altre modalità di trasmissione

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 uno 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) con un 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 diffusi 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.