Fisiologia sistema nervoso appunti

 

 

 

Fisiologia sistema nervoso appunti

 

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IL SISTEMA NERVOSO

 

I livelli citosolici di calcio sono piuttosto bassi, circa 100 nM e quindi, essendo la concentrazione nel reticolo più alta, l’apertura dei canali per il calcio induce la fuoriuscita di calcio. All’esterno della cellula la concentrazione del calcio è poco maggiore di 1 mM molto maggiore di 100 nM del citosol. Dato che i canali del calcio sono chiusi, il calcio extracellulare non può fluire all’interno della cellula, ma nel caso in cui i canali si aprono, il calcio può entrare. Ci sono quindi questi due modi per far entrare il calcio all’interno della cellula (citosol). L’entrata del calcio è importante per il rilascio dei neurotrasmettitori dei neuroni. L’aumento del calcio porta all’attivazione di alcune proteine chinasi C. Alcune di queste sono attivate contemporaneamente dal calcio e dal DAG. La calmodulina è una proteina con 4 siti di legame per il calcio. E’ una sorta di sensore per il calcio. L’attività di molte proteine viene modulata dai livelli citosolici di calcio, per interazione diretta o per attivazione indiretta. Il calcio satura i legame della calmodulina, e calcio più calmodulina, si legano ad una certa proteina modulandola. La calmodulina è una proteina calcio dipendente che viene attivata dal calcio. Alcuni trasportatori possono essere attivati dalla calcio-calmodulina. La concentrazione citosolica del calcio è tenuta bassa grazie a trasportatori attivi situati sulla MP e sul reticolo endoplasmatico. La cellula tende a stabilire i valori iniziali sia sequestrando il calcio nel reticolo endoplasmatico, sia estrudendolo nello spazio extracellulare. Nella maggior parte dei tipi cellulari le pompe del calcio estrudono contro gradiente il calcio e sono attivate proprio dalla calmodulina. Questo avviene dopo l’interazione del calcio con la calmodulina. I recettori eptaelica sono una componente importante del sistema di trasduzione del segnale. Circa il 60% di tutti i tipi recettoriali che mediano la trasmissione del segnale, sono recettori accoppiati a proteine G. Sono tipi recettoriali molto diffusi che legano una grande varietà di ligandi come l’acetilcolina e le catecolamine. Adrenalina e noradrenalina (che dovrebbero essere catecolamine) si legano a recettori adrenergici di cui ne esistono vari sottotipi con diversi effettori. Incontremo questi recettori quando parleremo della modulazione dell’attività cardiaca da parte del sistema parasimpatico. L’acetilcolina può legarsi invece a recettori eptaelica muscarinici. Un ligando non necessariamente attiva un solo tipo di recettore, ma può legarsi a più recettori specifici strutturalmente e funzionalmente diversi. Per esempio l’acetilcolina è un neurotrasmettitore importante che attiva i recettori muscarinici accoppiati a proteine G. L’acetilcolina è però anche un ligando di un importante canale ionico (recettore canale) che è un recettore nicotinico. L’acetilcolina può quindi legarsi, o a un recettore muscarinico, o attivare vari tipi di proteine G, o legarsi ad un canale ionico nicotinico innescando una serie di eventi elettrici. Il recettore nicotinico produce una risposta molto rapida. Una volta che il ligando si lega al canale cationico (ioni +), l’effetto prodotto dall’acetilcolina sull’apertura del canale è un fenomeno molto rapido dell’ordine di grandezza del millisecondo. La risposta dei recettori muscarinici è invece una risposta più lenta. Non pochi neurotrasmettitori utilizzano queste due vie. Essi hanno sia recettori canale detti ionotropi, che recettori accoppiati a proteine G detti metabotropi.
(thanks to Marco)

Le cellule nervose, neuroni, trasportano segnali elettrici rapidamente a grande distanza. I neuroni si collegano fra loro per formare archi riflessi.. Nella maggior parte dei riflessi i neuroni comunicano mediante segnali chimici, neurotrasmettitori, attraverso una piccola soluzione di continuo, la sinapsi. In alcuni altri riflessi i neuroni sono legati da giunzioni comunicanti, il che permette ai segnali elettrici di passare direttamente tra le cellule.
I recettori sensitivi tengono sotto controllo le condizioni degli ambienti esterno ed interno e inviano informazione lungo neuroni sensitivi, o afferenti, all’SNC. Il sistema nervoso centrale (SNC) è formato da encefalo e midollo spinale. I neuroni dell’SNC integrano le informazioni in entrata e decidono se è necessaria una risposta. I segnali che dirigono la risposta appropriata vengono inviati in periferia  alle cellula effettrici da neuroni efferenti. I neuroni afferenti e quelli efferenti formano il sistema nervoso periferico. I neuroni efferenti dell’ SNP sono suddivisi nella sezione motoria somatica che controlla i muscoli scheletrici, e nella sezione autonoma che governa muscolatura liscia, miocardio e ghiandole. I neuroni autonomi si dividono nei sistemi simpatico e parasimpatico.
Il sistema nevoso è composto da cellule di supporto, le glia, e le cellule nervose vere, i neuroni. Il neurone è l’unità funzionale del sistema nervoso ed ha lunghe appendici che si allontanano dal corpo cellulare, dendriti oppure assoni.
I neuroni si possono classificare secondo la struttura o secondo la funzione. Dal punto di vista strutturale, si classificano in base al numero di processi che si dipartono dal corpo cellulare. In base alla loro funzione si dividono in neuroni (afferenti) sensitivi, interneuroni e neuroni efferenti.
I neuroni sensitivi portano informazioni dai recettori sensitivi periferici all’SNC. I neuroni sensitivi somatici hanno corpi cellulari vicini all’SNC, ed hanno un unico processo, un assone, che si biforca poco dopo l’insorgenza per dare origine a due rami: uno va alla periferia , e in realtà funziona da dendrite, cioè raccogli gli stimoli, mentre l’altro va all’SNC.
I neuroni che sono situati internamente entro l’SNC sono detti interneuroni, hanno ramificazioni molto complesse, che formano sinapsi con molti altri neuroni.
I neuroni efferenti sono simili al classico modello di neurone.
Il corpo cellulare, soma, di un neurone assomiglia alla cellula tipica con nucleo e organuli che dirigono l’attività cellulare. Un ampio citoscheletro si estende entro l’assone e i dendrite. La posizione del soma varia nei diversi tipi di neurone, ma anella maggior parte dei casi è piccolo.   
I dendriti sono ramificazioni sottili la cui principale funzione è ricevere segnali in entrata. I neuroni più semplici possono avere un dendrite singolo, le cellule cerebrali hanno invece molti dendriti a ramificazione molto complessi. I segnali che raggiungono i dendriti sono trasferiti a una regione di integrazione nel neurone.
La maggior parte dei neuroni ha un solo assone, una proiezione del corpo cellulare che ha origine da una speciale regione del corpo cellulare, la cresta assonale. Un nervo è un insieme di assoni che trasportano informazioni tra l’SNC e i recettori o cellule bersaglio. Gli assoni trasmettono segnali elettrici dal centro integrativo del neurone alla periferia. All’estremità distale dell’assone, il segnale elettrico viene trasdotto in messaggio chimico con la secrezione di una molecole neurocrina, neurotrasmettitore. Gli assoni possono ramificarsi in vari punti lungo tutta la loro lunghezza, formando collaterali, ogni collaterale termina in un rigonfiamento, il terminale assonale. La regione in cui il terminale assonale incontra la sua cellula bersaglio è detta sinapsi. Il neurone che rilascia il segnale alla sinapsi è detto presinaptico, la cellula che riceve il segnale è detta postsinaptica.
Il trasporto assonale  può essere:

  • lento: muove materiale dal soma al terminale assonale, trasporta componenti che non sono consumati rapidamente dalla cellula, come enzimi e proteine del citoscheletro
  • veloce: è bidirezionale; il trasporto anterogrado (in avanti) trasporta vescicole sinaptiche e secretorie dal soma al terminale assonale, mentre quello retrogrado (all’indietro) trasporta vecchie componenti di membrana dal terminale assonale al soma perché siano riciclate.

Le cellule gliali sono cellule di supporto, non partecipano direttamente alla trasmissione dei segnali elettrici, comunicano con i neuroni tra di loro mediante segnali elettrici e chimici. La glia fornisce sostegno fisico per i neuroni.
I nervi e i muscoli sono tessuti eccitabli, cioè in grado di generare e propagare segnali elettrici. Due sono i tipi di segnali elettrici che sono creati nei neuroni.
- potenziali graduati: che restano a brave distanza dal punto di origine
- potenziali di azione: che viaggiano molto rapidamente sulla lunga distanza.

Tutte le cellule hanno una differenza di potenziale di membrana di riposo. Questo potenziale di membrana è la differenza di potenziale che risulta da una ineguale distribuzione di ioni sui due versanti della membrana.
La cellula a riposo fa passare una quantità molto scarsa di Na+. Di conseguenza il potassio che può uscire dalla cellula seguendo il gradiente, è lo ione che più contribuisce al potenziale di membrana a riposo.
Sebbene l’Na contribuisca in misura minima al potenziale di membrana a riposo, gioca un ruolo chiave nella generazione di segnali elettrici nei tessuti eccitabili A riposo, la membrana del neurone è quasi impermeabile al Na. Se la membrana aumenta improvvisamente la propria permeabilità all’Na, questo attraverserà la membrana. Essendo l’Na più concentrato nel liquido extracellulare, il gradiente di concentrazione favorisce la sua diffusione verso l’interno della cellula. L’aggiunta di ioni positivi nella cellula ne depolarizza la membrana e genera un segnale elettrico.
Il movimento di ioni attraverso la membrana può anche iperpolarizzare la cellula: se la membrana diventa più permeabile al K, una carica positiva è perduta dalla cellula, che diventa più negativa.
Perché una cellula cambi la sua permeabilità ionica, devono esserci nella membrana dei canali ionici, che si aprono e si chiudono. I neuroni possiedono numerosi canali ionici a cancello, che variano tra gli stati di apertura e chiusura in base alle condizioni intracellulari.
La permeabilità al sodio del neurone aumenta quando i suoi canali si aprono in risposta a segnali esterni o interni. I canali per l’Na regolati meccanicamente si trovano i neuroni sensitivi e si aprono in risposta a stimoli fisici. I canali regolati chimicamente rispondono a diversi ligandi che si trovano negli ambienti interno ed esterno, e a neurotrasmettori. I canali per l’Na voltaggio dipendenti giocano un ruolo importante nella conduzione dei segnali elettrici lungo l’assone.
Il sodio non è il solo ione che attraversa le membrane neuronali mediante canali cancello. I canali per il K  voltaggio dipendenti si aprono in risposta alla depolarizzazione della membrana, permettendo al K di fluire dal citoplasma al liquido extracellulare lungo il proprio gradiente di concentrazione: lo stesso fanno i canali per il Ca voltaggio dipendenti, quando si aprono il calcio entra nella cellula. Gli ioni calcio sono il segnale per l’avvio dell’esocitosi del neurotrasmettitore nella sinapsi. I canali per il Cl- regolati chimicamente si aprono in seguito al legame con vari neurotrasmettitori: questi canali permettono agli ioni calcio di entrare nella cellula lungo gradiente di concentrazione, iperpolarizzandola.
La trasmissione dei segnali elettrici nei neuroni è il risultato di variazioni del potenziale di membrana. Il movimento netto di cariche elettriche a cavallo della membranadepolarizza o iperpoplarizza la cellula, generando un segnale elettrico.
Due sono i tipi di segnali elettrici neuronali: 

  • potenziali graduati: sono segnali ad intensità variabile che si smorzano viaggiando lungo la cellula
  • potenziali di azione: possono viaggiare su lunghe distanze lungo il neurone senza perdere di intensità.

I potenziali graduati sono depolarizzazioni o iperpolarizzazioni che si verificano nei dendriti o nel soma. La loro ampiezza (forza) è direttamente proporzionale alla forza dell’evento che li ha scatenati: uno stimolo intenso genererà un potenziale graduato forte, un piccolo stimolo provocherà un potenziale graduato debole.
Cominciano dal punto in cui gli ioni entrano dal liquido extracellulare.
Supponiamo che un neurotrasmettitore si combini con recettori situati su un dendrite, aprendo i canali per l’Na. Le cariche elettriche portate dagli ioni sodio si diffondono come un’onda di depolarizzazione nel citoplasma. L’onda di depolarizzazione che si diffonde nella cellula è nota come flusso locale di corrente. La forza della depolarizzazione iniziale in un potenziale graduato è determinata dalla quantità di carica che entra nella cellula. Se si aprono i canali per l’Na , entrano più ioni e il potenziale graduato ha un’ampiezza iniziale maggiore. Maggiore è l’ampiezza iniziale, più lontano diffonderà il potenziale graduato prima di estinguersi. 
I potenziali graduali possono essere iperpolarizzati o depolarizzanti e si verificano tipicamente nel soma e nei dendriti. Nei neuroni interni all’SNC e in quelli efferenti, i potenziali graduati si verificano quando segnali chimici provenienti da altri neuroni aprono i canali ionici regolati chimicamente.
I potenziali graduati viaggiano lungo i neuroni fino a raggiungere la zona trigger. Nei neuroni efferenti, la zona trigger si trova presso la cresta assonale e nel segmento iniziale dell’assone. Nei neuroni sensitivi la zona trigger è immediatamente adiacente al recettore, dove i dendriti si uniscono all’assone.
Se i potenziali graduati che raggiungono la zona trigger depolarizzano la membrana a un livello minimo, il cosiddetto livello di soglia, si innesca il potenziale di azione. Se la depolarizzazione non raggiunge la soglia, non si avvia il potenziale di azione, e il potenziale graduato si estingue. Poiché la depolarizzazione è necessaria per eccitare la cellula e avere un potenziale di azione, un potenziale graduato depolarizzante si dice potenziale postsinaptico eccitatorio (EPSP). Un potenziale graduato iperpolarizzante allontana il potenziale di azione dal valore di soglia (IPSP). La maggiore intensità iniziale di un potenziale graduato eccitatorio, fa sì che esso giunga soprasoglia presso al cresta assonale, quindi viene iniziato un potenziale d’azione.
Se molti stimoli arrivano simultaneamente, i loro potenziale graduati si sommano: diversi potenziale graduati eccitatori sottosoglia possono sommarsi per dare un potenziale soprasoglia. L’avvio di un potenziale d’azione a partire da diversi potenziale graduati sottosoglia simultanei è noto come sommazione spaziale. Non tutte le sommazioni provocano un potenziale di azione: un potenziale graduato iperpolarizzante si oppone ad un potenziale graduatodepolarizzante, dando un segnale sottosoglia.
Due potenziali graduati sottosoglia in rapida successione si sommano se arrivano alla zona trigger abbastanza vicini nel tempo: sommazione temporale.
I potenziali di azione sono segnali elettrici rapidi che corrono lungo l’assone fino al suo terminale. I potenziali di azione sono identici tra loro e non perdono di intensità viaggiando lungo la cellula: il potenziale di azione all’estremità assonale distale è identico al potenziale di azione partito dalla zona trigger. L’intensità del potenziale graduato che avvia un potenziale di azione non incide sul potenziale di azione, purché il potenziale graduato sia soprasoglia. Poiché i potenziali di azione si verificano come depolarizzazioni massimali oppure non si verificano affatto sono definiti anche fenomeni tutto o nulla.
I potenziali d’azione sono variazioni di potenziale di membrana legate all’apertura di canali voltaggio-dipendenti, che modificano la permeabilità della membrana al Na e al K. Si hanno tre fasi: fase ascendente del potenziale di azione, fase discendente, e fase di iperpolarizzazione postuma. Prima e dopo il potenziale di azione il neurone si trova al potenziale di membrana al riposo (-70mV).
La fase ascendente è legata ad un temporaneo aumento della permeabilità cellulare all’Na. Il potenziale di azione comincia quando un potenziale graduato che raggiunge la zona trigger depolarizza la membrana fino al valore soglia. Quando la cellula si depolarizza, i canali per l’Na voltaggio dipendenti si aprono e la membrana diviene bruscamente molto più permeabile all’Na. L’Na entra facilmente sia perché è molto più concentrato nel liquido extracellulare, sia perché è attratto dal potenziale di membrana intracellulare negativo. L’arrivo di cariche positive nel liquido intracellulare depolarizza la cellula, cioè la rende più positiva. Quando il potenziale di membrana diventa positivo, non c’è più carica elettrica che attragga l’Na nella cellula. Rimane tuttavia il gradiente di concentrazione dell’Na, e lo ione continua ad entrare. Al picco della fase ascendente, la membrana ha cambiato polarità: il versante intracellulare è più positivo di quello extracellulare. Questo cambiamento è rappresentato dall’overshoot, cioè la porzione di potenziale di azione che è al di sopra degli 0mV. Gli ioni sodio continuano a diffondere nel neurone, portando il potenziale di membrana verso il valore del potenziale di equilibrio per l’Na (+60mV). La permeabilità al sodio cala rapidamente e il potenziale di azione raggiunge il picco a +30mV. La fase discendente è legata ad un aumento di permeabilità per il potassio: i suoi canali voltaggio dipendenti si aprono in risposta alla depolarizzazione, ma sono più lenti. Quando i canali per il K si aprono il potenziale di membrana ha già raggiunto i +30mV. Quando i canali per l’Na si chiudono, i gradienti elettrico e di concentrazione del K, favoriscono l’uscita di questo ione dalla cellula. Il potenziale di membrana diventa più negativo, provocando la fase discendente e portando la cellula verso il suo potenziale di riposo. I canali del K si chiudono lentamente e, invece di ripolarizzarsi a -70 mV, la cellula si iperpolarizza fino a -90 mV. L’ulteriore perdita di K genera una iperpolarizzazione postuma Quando i canali per il K si chiudono si ripristina una normale permeabilità al K, qualche ione Na rientra nella cellula, riportando il potenziale a -70 mV.     
Il potenziale di azione è una variazione del potenziale di membrana che si ha quando si aprono i canali ionici, aumentando la permeabilità cellulare prima all’Na poi al K. L’ingresso di Na depolarizza la cellula. Questa depolarizzazione è seguita da una uscita di K, che riporta la cellula al potenziale di membrana a riposo.
I canali per il Na voltaggio dipendenti hanno due cancelli che regolano il movimento ionico, detti di attivazione e di in inattivazione, che oscillano tra due posizioni, per aprire e chiudere i canali dell’Na.
Quando il neurone si trova al potenziale di riposo, il cancello di attivazione è chiuso e l’Na non entra, mentre il cancello di in inattivazione è aperto. Quando la membrana cellulare si depolarizza, il cancello di attivazione si apre e il canale dell’Na si apre. L’ingresso di cariche positive depolarizza l’interno della cellula e genera un circuito da feedback positivo, quindi sempre più canali per l’Na si aprono. Fino a che la cellula rimane depolarizzata, i cancelli di attivazione sono aperti. Per interrompere la crescente depolarizzazione cellulare c’è bisogno del secondo cancello. Il breve lasso di tempo in cui il cancello è aperto è sufficiente a creare la fase ascendente del potenziale di azione. Dopo che questa è iniziata, il cancello di inattivazione dell’Na si chiude, e diminuisce la permeabilità all’Na , l’ingresso di questo ione si ferma, e il potenziale di azione raggiunge il picco. Quando il neurone si depolarizza durante l’uscita di K, i canali per l’Na si riposizionano in modo da poter rispondere alla successiva depolarizzazione.

Lezione 6 (presa quasi intermente dagli appunti di Marco visto che ha ripetuto e ripetuto e ripetuto…le stesse cose)

L’altra volta abbiamo visto come a livello somatodendritico si può produrre una depolarizzazione nel neurone che si propaga fino alla zona trigger, ricca di canali del sodio voltaggio dipendenti. Se la depolarizzazione è soprasoglia, si ha un’apertura dei canali che creano un potenziale di azione. Abbiamo visto che il flusso dei vari ioni, attraverso la membrana, è determinato oltre che dai canali aperti, anche da due fattori: il gradiente di concentrazione ed il potenziale di membrana. Supponiamo che il potenziale di membrana sia -100mV. Supponiamo che il potassio è all’equilibrio perché le due forze si bilanciano ed annullano. Il potassio, che lungo il suo gradiente di concentrazione si muoverebbe, è in realtà trattenuto dalla barriera del potenziale elettrico.
Se diminuisce il potenziale elettrico, allora la forza del gradiente di concentrazione ha il sopravvento, ed il potassio può fluire. Quando il potenziale di membrana è all’equilibrio, il potassio non si muove. Se il potenziale di membrana varia, e il flusso ionico è consentito dall’apertura dei rispettivi canali, questi flussi si possono verificare. Nel caso del potenziale di azione, inizialmente, prima della depolarizzazione, il potenziale è quello di riposo, pari a -70mV. Se la depolarizzazione arriva alla zona trigger innesca l’apertura dei canali sodio e la membrana si depolarizza. Il sodio entra sia per mezzo del gradiente di concentrazione sia per mezzo del gradiente di potenziale elettrico. Ogni ione, se potesse, eguaglierebbe il valore del potenziale di equilibrio ricavato dall’equazione di Nerst. Il sodio sarebbe portato a fluire all’interno ma solo se abbiamo pure un gradiente di potenziale elettrico che ne permette tale movimento. Lo ione sodio è attratto dalle cariche negative situate all’interno della membrana. Questo è quello che avviene nel potenziale di azione. Se i canali si aprissero e la permeabilità del sodio fosse elevata, avremo una membrana con un potenziale di +65 mV. Tale evento nella fase dell’overshoot in parte si verifica. Quando la permeabilità del sodio aumenta, il potenziale cresce in valore fino a +30mV raggiungendo quasi il potenziale di membrana di equilibrio del sodio ottenuto dall’equazione di Nerst.
Quando arriva la depolarizzazione vengono innescati due fenomeni che però temporalmente procedono in maniera diversa. Abbiamo l’apertura rapida dei canali del sodio e, a mano a mano che la zona trigger si depolarizza, lentamente, ma molto lentamente cominciano ad aprirsi anche i canali del potassio. La permeabilità del potassio aumenta perché si aprono oltre ai normali canali del potassio, anche altre vie di passaggio del potassio come i canali ionici del potassio voltaggio dipendenti. A questo punto il potassio è libero di spostarsi a cavallo della membrana. Se il potenziale di membrana fosse quello di riposo, il potassio sarebbe già all’equilibrio e non si sposterebbe. Se la membrana si è però depolarizzata il potassio non è più all’equilibrio. Il potassio esce quando la membrana si è già depolarizzata perché la cinetica dei canali potassio è più lenta dei canali del sodio. Mentre i canali del sodio si aprono rapidamente i canali del potassio si aprono con una cinetica molto più lenta. Inizialmente il potassio è all’equilibrio ed il sodio può entrare, cosa che fa. Se si aprissero dei canali che lasciassero passare contemporaneamente sodio e potassio in egual quantità, che succederebbe? Il potenziale di membrana arriverebbe intorno a zero se la permeabilità fosse la stessa. Il potenziale di membrana sarebbe all’incirca la somma dei potenziali dei due ioni. Sarebbe intorno a -5mV perché sommeremo -70mV per gli ioni K+ e +65mV per gli ioni Na+. I canali che si aprono a livello della zona somatodendritica sono canali a porta chimica che consentono il passaggio sia di potassio che di sodio. Pur essendo data la possibilità ai due ioni di muoversi nella membrana abbiamo per il sodio una grossa forza che lo trascina all’interno mentre per il potassio avremo una forza più debole che lo trascina all’esterno della cellula. Se aprissimo quindi contemporaneamente un canale che lascia passare sodio e potassio, il potassio si muoverebbe solo lungo gradiente di concentrazione più lentamente rispetto al sodio che fluirebbe molto più rapidamente perché spinto sia dal gradiente di concentrazione che dal potenziale elettrico. La membrana si depolarizzerebbe ed il fenomeno proseguirebbe fin tanto che non si raggiunga una via di mezzo che equilibri la fuoriuscita del potassio e del sodio. Visto che le concentrazioni rimangono sempre le stesse, questa condizione si realizza solo quando il potenziale arriva all’equilibrio tra i valori del potenziale del sodio e del potassio. I recettori nicotinici, che sono recettori dell’acetilcolina e canali ionici a porta chimica, sono presenti nelle sinapsi ma anche a livello neuromuscolare. Essi sono recettori canale che lasciano passare sia sodio che potassio. Il loro utilizzo porta ad una depolarizzazione della membrana dato che il sodio entra esplosivamente nella cellula più del potassio che invece esce dalla cellula. La generazione dei potenziali di azioni deve essere quindi controllata. Se un neurone deve rilasciare molti neurotrasmettitori farà variare la frequenza dei potenziali di azione. Molte tossine e anestetici agiscono sull’apertura dei canali del sodio e del potassio. Molti anestetici si legano ai canali del sodio voltaggio dipendenti ed in questo modo bloccano l’insorgenza del potenziale di azione in quei neuroni che generano la sensazione del dolore. Altri anestetici, come il cloroformio, agiscono sui canali del potassio. Una depolarizzazione della membrana provoca una perdita di funziona del neurone se essa è costante, cosa che dovrebbe avvenire se blocchiamo i canali del potassio. Le depolarizzazioni della membrana sono importanti sia per i tessuti eccitabili che per gli altri tessuti.
Possiamo distinguere adesso tra una cellula eccitabile ed una non eccitabile. Tutte le cellule hanno un potenziale di membrana. Tutte le cellule possono variare il loro potenziale di membrana modulando lo stato di apertura dei loro canali ma, solo i tessuti eccitabili possono produrre un potenziale di azione che si propaga lungo la superficie della cellula. Questa è la differenza tra tessuto eccitabile e non eccitabile. Molte cellule ghiandolari secernono prodotti a seguito della depolarizzazione della membrana. La membrana si depolarizza aprendo i canali del calcio (non necessariamente voltaggio dipendenti) portando alla secrezione del prodotto di quella cellula. Non è quindi necessario che si scateni un potenziale di azione. Queste cellule, anche se non sono eccitabili, compiono alcune delle loro funzioni attraverso la modulazione del potenziale di membrana. Cellule nervose, come i neuroni, il muscolo scheletrico ed il muscolo cardiaco sono i tre principali tipi di tessuti eccitabili.
L’overshoot si ha quando il potenziale di membrana si inverte di polarità a causa del passaggio degli ioni sodio. Se la permeabilità non si attenuasse, il potenziale dovrebbe approssimarsi a quello del sodio ma, dopo un picco a circa 30mV, avremo una ripolarizzazione della membrana a causa dell’apertura dei canali del potassio. Sembra che l’apertura dei canali sia innescata dalla depolarizzazione. I diversi tempi sono dati da una diversa cinetica dei canali del sodio e del potassio. In un millisecondo i canali del sodio si aprono e chiudono. La ripolarizzazione avviene perché i canali del sodio cominciano a chiudersi e perché aumenta “lentamente”, ma progressivamente, la permeabilità del potassio. Quando raggiungiamo il picco comincia la chiusura dei canali del sodio e si aprono invece i canali del potassio che quindi potrà fluire all’esterno. Nel momento in cui il potassio può fluire liberamente, trova una membrana depolarizzata che gli permette di fluire fortemente dall’interno all’esterno della cellula. Al picco del potenziale di azione la polarità è invertita. Il potassio quindi sarà spinto non solo dal suo gradiente di concentrazione ma anche dal gradiente del potenziale elettrico. Il potassio si muoverà fino a ripristinare il suo potenziale di equilibrio. Vi sarà anche una iperpolarizzazione della membrana quando i canali del sodio si saranno chiusi completamente e quando la permeabilità del potassio raggiungerà un valore più elevato di quello che si ha nello stato di riposo. L’eccesso di ioni potassio che escono porterà quindi ad una iperpolarizzazione. Successivamente i canali del potassio cominciano a chiudersi e vengono ristabiliti lentamente i valori del potenziale di membrana a riposo anche grazie all’attività della pompa sodio-potassio ATPasi. Il potenziale di membrana a riposo è dato da pori del potassio che lasciano sempre passare il potassio. Le cellule possono variare temporaneamente il loro potenziale di membrana tramite la modulazione di particolari canali del potassio che non sono i pori. L’apertura e chiusura dei canali determinano la refrattarietà. Un tessuto eccitabile nel quale si sia prodotto un potenziale di azione, non può produrre immediatamente un nuovo potenziale di azione anche se arriva uno stimolo nuovo. Il doppio cancello dei canali per il sodio ha un ruolo importante nel fenomeno noto come periodo refrattario. La refrattarietà di un neurone si riferisce al fatto che, una volta che sia stato avviato un potenziale di azione, un secondo potenziale di azione non può partire, per quanto intenso sia lo stimolo: questo è definito periodo refrattario assoluto. Questa proprietà garantisce che un secondo potenziale di azione non partirà prima che il precedente si sia esaurito. I potenziali di azione non possono sovrapporsi a causa dei periodi refrattari, quindi non possono sommarsi, come fanno i potenziali graduati. Dopo che i canali per l’Na si sono riposizionati, ma prima che la membrana sia nuovamente al potenziale di riposo, un potenziale graduato più intenso del normale può avviare un altro potenziale di azione: periodo refrattario relativo. L’Na che entra è bilanciato dal K che ancora esce: i flussi opposti di carica si equilibrano, e il potenziale di membrana non arriva alla soglia: per questa ragione un potenziale graduato deve essere più intenso del normale per provocare un potenziale di azione. Il periodo refrattario limita la frequenza di trasmissione dei segnali lungo il neurone. Inoltre il periodo refrattario assoluto assicura l’unidirezionalità di un potenziale di azione dal soma al terminale assonale, impedendo che esso venga condotto all’indietro lungo le zone della membrana che ha appena percorso.
In tutto il periodo in cui vige l’iperpolarizzazione, una cellula può produrre un altro potenziale di azione solo se lo stimolo è maggiore di quello che ha iniziato la prima depolarizzazione. Il potenziale di azione è quello di una depolarizzazione che si propaga dalla zona trigger lungo l’assone fino all’estremità sinaptica. Nei pressi del bottone sinaptico, prima che l’assone del neurone prenda contatto con un altro neurone, il potenziale di azione arriva ed innesca l’apertura di canali del calcio voltaggio dipendenti. Questi canali fanno fluire calcio dal mezzo extracellulare all’interno determinando il rilascio per esocitosi di neurotrasmettitori. Questo potenziale, quindi, determina in ultima analisi l’ingresso del calcio e il rilascio di neurotrasmettitori. Da un segnale elettrico si genera pertanto un segnale chimico. Nell’assone gigante di calamaro si ha la stessa composizione di canali del sodio e potassio voltaggio dipendenti della zona trigger. Quello che abbiamo visto accadere nella zona trigger avviene lungo tutto l’assone. Una volta generato un potenziale di azione a livello della zona trigger, la depolarizzazione si propaga a valle dell’assone. Qui la depolarizzazione trova nuovi canali voltaggi dipendenti, che aprendosi continuano la propagazione del potenziale. Il potenziale di azione prodotto al livello della zona sottostante della zona trigger, a sua volta induce una depolarizzazione che si propaga localmente a valle. A valle noi avremo una depolarizzazione crescente e locale della membrana che, arrivando soprasoglia, scatena un potenziale di azione più a valle e così via. In questo modo il potenziale arriva fino all’estremità sinaptica. Tutto questo può avvenire però solo se la “miccia” (zona trigger) si è accesa. In un invertebrato l’assone ha le stesse caratteristiche della zona trigger.      

http://sommofabio.altervista.org/ANNO2/Fisiologia/Fisiolgia-Mauro04-Sistema_nervoso1.doc

 

Autore del testo: Mauro

 


 

Fisiolgia sistema nervoso appunti

 

Fonte:

IL SISTEMA NERVOSO

(concetti già espressi…e ripetuti di nuovo a lezione…appunti di Marco)
La durata del potenziale di azione è di qualche millisecondo. La depolarizzazione che innesca l’apertura dei canali del sodio, innesca anche l’apertura dei canali del potassio. Però, mentre i canali del sodio sono ad apertura rapida, i canali del potassio sono ad apertura più lenta. Tutti i canali ionici voltaggio dipendenti hanno una probabilità di apertura che dipende dall’ampiezza della depolarizzazione. La depolarizzazione innesca l’apertura dei canali del potassio oltre a quelli del sodio. I canali del potassio si aprono quando la permeabilità del sodio aumenta a seguito della depolarizzazione successiva al potenziale di azione. I canali del potassio si aprono e chiudono più lentamente. Nella prima fase domina l’entrata di sodio mentre nella seconda fase viene favorita l’uscita del potassio. L’innesco dell’apertura dei due canali avviene più o meno contemporaneamente. L’innesco è dato dalla depolarizzazione iniziale anche se varia la cinetica dei due tipi di canali. I  canali del potassio si aprono in una frazione cospicua dopo che è stato superato il valore soglia. Una popolazione di canali non è mai tutta aperta o chiusa. Si ha una probabilità di apertura di un canale. Al valore soglia c’è un aumento della probabilità che un canale del sodio si apra rispetto alla situazione basale. Questo si riflette nell’apertura di un maggior numero di canali del sodio rispetto a quelli aperti allo stato basale. Mano a mano che aumenta la depolarizzazione, aumenta sempre di più la probabilità che si apra un canale del sodio. Quando si apre un canale voltaggio dipendente, si parla sempre di probabilità di apertura. Fin tanto che la membrana non è depolarizzata oltre un certo valore, la probabilità di apertura dei canali del potassio è molto bassa ma, via via che la membrana si depolarizza, aumenta la probabilità di apertura dei canali del potassio. Quando la membrana è già ripolarizzata, i canali del potassio continuano ad essere aperti determinando una iperpolarizzazione per breve tempo.   
I canali del sodio hanno due cancelli, uno di attivazione ed uno di inattivazione. Un canale proteico si apre e chiude tramite modificazioni di conformazione basate su “strozzature”. Alcuni canali presentano una sequenza polipeptidica lineare che, ad un certo punto, si avvolge formando una struttura che assomiglia ad una “palla”. Questa palla si può allontanare dal poro del canale, o può andare ad intasarlo permettendo od impedendo il flusso di specie ioniche. L’apertura e la chiusura dipendono dalla variazione del potenziale di membrana. Nelle condizioni di -70mV il canale è chiuso perché il cancello di attivazione è chiuso. Il cancello di inattivazione è invece aperto. Arrivati intorno alla zona soglia, incomincia a crescere la probabilità che il canale si apra, così da aprire il cancello di attivazione permettendo il flusso di ioni sodio all’interno della cellula. A -55mV aumenta la probabilità del cambiamento di conformazione che apre il canale. Mano a mano che la depolarizzazione procede, avremo un passaggio al 100% dalla conformazione chiusa a quella aperta dei canali del sodio. I canali hanno una cinetica di attivazione ed inattivazione. I canali del sodio hanno un ciclo, una volta innescata l’apertura, dopo poco, si innesca la chiusura. Si avvia una sorta di cambiamento continuo della conformazione della proteina dovuto anche in parte alle variazioni del potenziale di membrana. Quando siamo arrivati alla depolarizzazione massima a +30mV, avremo la chiusura del cancello di inattivazione (la palla). Essa va a tappare la porzione intracellulare del canale, impedendo in questo modo il flusso di ulteriori ioni sodio. La permeabilità al sodio diminuisce dopo che il potenziale di azione è giunto al suo picco. Questa discesa della permeabilità del sodio è dovuta alla chiusura dei canali di inattivazione.
Ricapitolando: si depolarizza la MP, entra il sodio, i canali si aprono esplosivamente, il potenziale arriva a +30mV, e, dopo tutto questo, avremo la chiusura dei canali tramite la chiusura del cancello di inattivazione. A questo punto il canale è bloccato. A seguito inizia la ripolarizzazione della membrana dovuta all’apertura dei canali del potassio, e, quando il potenziale di membrana si è ristabilito, avviene un ulteriore cambiamento di conformazione che porta alla rapida apertura del cancello di inattivazione e alla chiusura contemporanea del cancello di attivazione. Questi eventi avvengono rapidamente ed il canale resta chiuso ristabilendo le condizioni di partenza. Un canale del sodio può rispondere ad una successiva depolarizzazione solo quando è nello stato iniziale. Perché un neurone possa innescare un successivo potenziale di azione occorre che si siano ristabilite le condizioni di partenza del canale. Per quanto riguarda i canali del potassio essi sono più semplici, si pensa abbiano solo un cancello. Essi possono esistere solo nello stato aperto o chiuso. Non c’è questo doppio sistema di apertura e chiusura del canale come nel caso dei canali del sodio. Apertura e chiusura dei canali del potassio hanno una cinetica molto più lenta di quella dei canali del sodio. Fin tanto che un canale del sodio non si è depolarizzato, noi non avremo l’insorgenza di un ulteriore potenziale di azione perché, per avere ciò, è necessario che i canali del sodio siano riposizionati. Il riposizionamento completo dei canali del sodio, e quindi la possibilità di rispondere ad un nuovo potenziale di azione, avviene all’incirca quando la membrana è ripolarizzata. Anche se noi ridepolarizziamo la membrana, non avremo assolutamente la possibilità di aprire tali canali quando essi sono chiusi. I canali devono ristabilire il loro ciclo perché ne sia consentita l’apertura a seguito di una nuova depolarizzazione. Noi possiamo dare uno stimolo forte quanto vogliamo senza avere l’innesco di un nuovo potenziale di azione. E’ possibile, una volta riposizionati i canali del sodio, innescare immediatamente un nuovo potenziale di azione? Si, ma c’è una fase in cui i canali del potassio sono ancora aperti. In tale fase il potassio sta fluendo ancora dalla cellula inducendo una iperpolarizzazione. Il fatto che i canali del potassio sono ancora aperti ha delle conseguenze. L’evento depolarizzante deve, infatti, essere un evento più accentuato di quello che avviene normalmente. L’entità della depolarizzazione deve essere maggiore perché se io induco una depolarizzazione quando i canali del potassio sono ancora aperti, le cariche positive che entrano (es. sodio) vengono bilanciate dallo spostamento del potassio dall’interno all’esterno attraverso i suoi canali. Possiamo prendere un assone di calamaro, depolarizzare la membrana con un elettrodo e ridepolarizzarla iniettando ioni positivi in quantità maggiore al fine di innescare un nuovo potenziale di azione. Questo perché parte degli ioni che iniettiamo rifluiranno all’esterno attraverso i canali del potassio che sono ancora aperti. Ogni ione positivo che iniettiamo viene bilanciato dall’espulsione degli ioni potassio dai loro rispettivi canali. Serve quindi uno stimolo maggiore per avere un nuovo potenziale di azione immediatamente dopo il primo.
Ricapitolando abbiamo un momento in cui i canali del sodio voltaggio dipendenti sono nello stato preiniziale, periodo refrattario ad ogni stimolo depolarizzante. Se un neurone è nello stato in cui i canali del sodio non sono ancora riposizionati, non riusciremo ad indurre un potenziale di azione perché i canali del sodio non si apriranno. Successivamente avremo un periodo in cui potremo indurre l’insorgenza di un nuovo potenziale di azione, ma solo se induciamo nella cellula una depolarizzazione più grande di quella iniziale. Questi due periodi di diversa responsività vanno sotto il nome di periodi refrattari. Questi sono due periodi refrattari che vengono distinti in un periodo refrattario assoluto e relativo. Il primo è quello in cui i canali del sodio non sono ancora riposizionati ed il potenziale di azione non può insorgere. Non è possibile avere un nuovo potenziale di azione. Il secondo, ovvero il periodo di refrattarietà relativo, si ha invece in corrispondenza del periodo in cui i canali del potassio sono aperti. Possiamo fare insorgere un nuovo potenziale di azione ma solo se la depolarizzazione che viene prodotta è maggiore della precedente. Il periodo di refrattarietà assoluta è il periodo in cui i canali del sodio ancora non sono riposizionati. Noi possiamo depolarizzare la membrana quanto vogliamo ma, se i canali non sono nella condizione di rispondere, non possiamo indurre il potenziale di azione. Una volta che i canali del sodio si sono riposizionati, il periodo di refrattarietà assoluto sarà terminato, ma invece perdurerà il periodo di refrattarietà relativo causato dai canali del potassio ancora aperti. Se induciamo una depolarizzazione sufficientemente intensa possiamo avere la generazione di un nuovo potenziale di azione. Se la zona trigger sta nella fase di refrattarietà assoluta non viene indotto un potenziale di azione ma, se siamo invece nella fase di refrattarietà relativa, servirà una depolarizzazione più intensa di quella precedente. Quando la depolarizzazione entra nella zona trigger, trova i canali del potassio ancora aperti ed il potassio può liberamente fluire rallentando la depolarizzazione della membrana dovuta alla perdita di ioni potassio che bilanciano la depolarizzazione. Il gradiente di potassio è molto importante per l’eccitabilità dei neuroni. Se aumentiamo la concentrazione di potassio nel mezzo, la membrana si depolarizza e quindi noi avremo dei neuroni (o cellule muscolari) molto più eccitabili. Una diluizione del potassio nel liquido intracellulare rende invece le cellule refrattarie al potenziale di azione.
Nella zona trigger avviene un’apertura sequenziale dei canali. Viene innescato un potenziale di azione nella zona trigger e, l’influsso di cariche positive che avviene in questa prima fase, depolarizza porzioni di membrana a valle. Questa depolarizzazione è soprasoglia e determina l’apertura dei canali voltaggio dipendenti del sodio provocando l’innesco del potenziale di azione sempre più a valle. La depolarizzazione di un primo potenziale di azione si propaga a valle aprendo i canali del sodio voltaggio dipendenti. Il potenziale di azione arriva quindi dalla zona trigger fino all’estremità dell’assone. Perché il potenziale di azione nei neuroni si propaga in senso unidirezionale? La depolarizzazione elettrotonica della membrana si propaga solo a valle perchè la regione a monte è ancora in una stato di refrattarietà e per questo non si può riattivare.
Il periodo di refrattarietà relativo dura molto di più del periodo di refrattarietà assoluto. Il fatto che ci sia una unidirezionalità del potenziale di azione è dovuto al fatto che nel momento in cui il potenziale sorge in una regione detta zona attiva, per quanto le cariche positive in entrata  possano spostarsi sia a valle che a monte della regione attiva stessa, la regione a monte è ancora nello stato di refrattarietà relativa impedendo la propagazione del potenziale a monte ma solo la propagazione del potenziale a valle.
Tutti i potenziali di azione di un certo neurone sono uguali. Come fa un neurone a trasmettere un’informazione sull’intensità e la durata dello stimolo che ha avviato il potenziale di azione? A dare quest’informazione non è l’ampiezza del potenziale di azione ma la loro frequenza. Se l’intensità del potenziale di azione graduato aumenta, aumenta la frequenza di scarica dei potenziali di azione. La quantità di neurotrasmettitore rilasciato al terminale assonale è direttamente correlata al numero totale di potenziali di azione che arrivano al terminale nell’unità i tempo. Una aumento dell’intensità del segnale aumenterà il rilascio di neurotrasmettitore, che a sua volta farà variare l’intensità del potenziale graduato del neurone postsinaptico.

(libro)
Il potenziale di azione deriva da spostamenti ionici: l’Na entra nella cellula, il K ne esce. Le concentrazioni relative di NA e K rimangono sostanzialmente invariate poiche solo pochi ioni attraversano la membrana. Se un secondo potenziale d’azione viene scatenato immediatamente dopo il primo, esso sarà identico al precedente. Le esigue quantità di Na e K che attraversano la membrana durante il potenziale di azione non ne modificano i normali gradienti di concentrazione I gradienti di concentrazione di Na e K in tutte le cellule sono mantenuti nel tempo dalla pompa Na/K ATP, che rimuove l’Na dalla cellule e reimmette il K uscito. Ma la pompa Na/K non gioca un ruolo importante nel potenziale di azione.. Poiché il numero di Na che entra nella cellula ad ogni potenziale di azione è molto piccolo, un neurone trattato con il farmaco ubaina, inibitore della pompa, continuerà a scaricare potenziali di azione per lungo tempo prima che le variazioni del gradiente di concentrazione dell’Na siano avvertibili.
Il movimento ad alta velocità di un potenziale di azione lungo l’assone è detto conduzione. E’ il flusso di energia elettrica tra due regioni cellulari in un processo che assicura che l’energia eventualmente persa lungo il percorso venga immediatamente ripristinata: quindi il potenziale d’azione non perde d’intensità, il potenziale di azione che raggiunge il terminale è identico a quello che è partito dalla zona trigger. In realtà non c’è un unico potenziale di azione che viaggia lungo la cellula. Il potenziale di azione che parte dalla zona trigger è come il primo di una serie di mattoncini del domino: quando il primo cade, colpisce il successivo, trasferendogli la sua energia cinetica. Un’onda di potenziali di azione si muove lungo l’assone Un potenziale di azione è la rappresentazione di un potenziale di membrana in un dato segmento della membrana cellulare in un determinato momento, Quando l’energia elettrica del potenziale di azione passa da una regione dell’assone alla successiva, la situazione energetica viene riflessa nel potenziale di membrana di quella regione.
Quando il potenziale graduato raggiunge la soglia nella zona trigger, i canali dell’Na voltaggio dipendenti si aprono e la cellula si depolarizza. Il flusso retrogrado di corrente dentro al soma può essere trascurato per il fatto che ci sono pochi canali ionici voltaggio dipendenti in quella regione. Il flusso di corrente anterogrado, lungo le porzioni iniziali dell’assone, è un fattore critico per la conduzione. La membrana dell’assone è disseminata di canali Na voltaggio dipendenti, come la membrana della zona trigger. La carica positiva proveniente dalla depolarizzazione della zona trigger si diffonde nelle parti adiacenti della membrana, attratta dalla carica negativa del potenziale di membrana a riposo. Quando l’onda di depolarizzazione raggiunge i canali dell’Na voltaggio dipendenti adiacenti alla zona trigger, questi si aprono, permettendo all’Na di entrare nella cellula. La membrana del successivo segmento di azione viene depolarizzata, e inizia il circuito a feedback positivo: si aprono i canali dell’Na, gli ioni entrano, e provocano depolarizzazione: ne risulta un potenziale di azione nel successivo segmento di membrana. Il primo segmento dell’assone è nella fase ascendente del potenziale di azione: i canali dell’Na sono inattivati e i canali del K sono aperti, e permettono allo ione di lasciare il citoplasma. La membrana si trova in un periodo refrattario assoluto a causa dell’inattivazione dei canali dell’Na, e la propagazione del potenziale andrà solo in senso anterogrado, verso il terminale assonale. Man mano che ogni regione si depolarizza, l’Na che entra nella cellula trasferisce l’energia al segmento successivo della membrana , aprendo nuovi canali per l’Na. A causa del continuo ingresso di Na lungo l’assone, l’intensità del segnale non diminuisce. Il processo autorigenerativo del potenziale d’azione avviene per il continuo ingresso di Na nell’assone man mano che il potenziale di azione si muove lungo l’assone stesso.
Due parametri fisici influenzano la velocità di conduzione del potenziale di azione nei neuroni dei mammiferi: il diametro dei neuroni e la resistenza della membrana neuronale alla dispersione di corrente verso l’esterno della cellula. Più ampio è il diametro dell’assone, più veloce sarà il potenziale di azione. Poiché i vertebrati non possono utilizzare assoni grandi per una trasmissione rapida, si è sviluppato un altro meccanismo per aumentare la velocità di conduzione: l’avvolgimento degli assoni in una membrana isolante, la guaina mielinica: un rivestimento ad alta resistenza che limita il flusso di corrente tra il citoplasma del neurone e il liquido extracellulare, ed aumenta lo spessore della membrana assonale fino a 100 volte. Nelle regioni in cui la guaina mielinica manca, la membrana cellulare ha una bassa resistenza al flusso di corrente; quindi la corrente esce dalla cellula, oltre a muoversi in avanti verso il segmento successivo dell’assone: il flusso in avanti di corrente è più lento nelle zone prive di mielina.
Quando un potenziale di azione parte dalla zona trigger, la corrente scorre rapidamente lungo l’assone mielinico, fino al prima nodo di Ranvier, che non è mielinizzato. Ogni nodo ha un’alta concentrazione di canali ionici voltaggio dipendenti Quando la depolarizzazione raggiunge il nodo, i canali dell’Na si aprono e lo ione entra nell’assone L’ingresso di Na rinforza la depolarizzazione, mantenendo costante l’intensità della del potenziale di azione, ma rallenta anche il lusso di corrente. Quando il lusso di corrente locale del nodo raggiunge la successiva regione mielinizzata, la sua velocità aumenta, per rallentare di nuovo al successivo nodo di Ranvier, conduzione saltatoria: è una efficace alternativa alla necessità di assoni di ampio diametro, e consente una rapida conduzione dei potenziali d’azione lungo assoni piccoli.
I flussi di corrente elettrica scorrono in diversi assoni a differenti velocità, in base al diametro dell’assone e all’eventuale mielinizzazione. Nel sistema nervoso sia centrale che periferico, la perdita di mielina rallenta la conduzione del potenziale di azione    

Ricapitolando: (by Marco)
I vertebrati presentano lungo gli assoni delle guaine mieliniche che circondano la loro membrana. E’ chiaro che il potenziale di azione gode della caratteristica del tutto o nulla. L’ampiezza della depolarizzazione rimane costante, quello che può invece variare è la frequenza dei potenziali di azione. La modulazione del rilascio dei neurotrasmettitori non è regolata dall’ampiezza ma dalla frequenza del potenziale di azione. Il maggiore o minore rilascio non dipende dalla durata o dall’ampiezza, ma dalla frequenza dei potenziali di azioni generati. Arriverà una certa frequenza di potenziali di azioni che determinerà un certo rilascio di neurotrasmettitori. Aumentando i diametri degli assoni, aumenta anche la velocità di conduzione del potenziale di azione. Molti invertebrati hanno infatti assoni di grande calibro non avendo assoni mielinizzati. Anche la mielinizzazione o isolamento degli assoni, aumenta la velocità di conduzione. Questo viene realizzato tramite oligodendrociti e cellule di Swann che mielinizzano. Nei vertebrati, in cui gran parte degli assoni sono mielinizzati (come i neuroni sensoriali), i canali del sodio e del potassio sono disposti non lungo tutta la superficie ma solo a livello dei nodi di Ranvier in cui manca la guaina mielinica. E’ proprio in questi luoghi che sono presenti i canali del sodio e del potassio. La conduzione avviene a “salti” perché non c’è un’apertura esplosiva e continua dei canali del sodio e del potassio ma c’è invece un potenziale di azione che “salta” sa un nodo di Ranvier ad un altro. La depolarizzazione decade molto poco e le cariche positive in ingresso sono usate per depolarizzare rapidamente la membrana al di sotto della guaina mielinica a livello del successivo nodo di Ranvier. La propagazione è rapida perchè non c’è dispersione di cariche attraverso la membrana, cosa che avviene nel caso degli assoni non mielinizzati. Gli eventi, in una guaina mielinica, sono più accelerati perché tra un potenziale di azione ed un altro la depolarizzazione elettrotonica decorre molto rapidamente da un nodo ad un altro accelerando la propagazione. La depolarizzazione, invece di propagarsi passo passo tramite l’apertura dei canali posti in sequenza, si propaga elettrotonicamente da un nodo ad un altro senza disperdere cariche grazie all’isolamento della guaina.

 

fonte: http://sommofabio.altervista.org/ANNO2/Fisiologia/Fisiolgia-Mauro05-Sistema_nervoso2.doc

Autore del testo: Marco

 

Fisiologia 12.04.07

La conduzione saltatoria è quella che avviene negli assoni mielinizzati. I canali del sodio e del potassio sono situati nei nodi di Ranvier. Il potenziale di azione si verifica a livello dei nodi di Ranvier e da qui parte della depolarizzazione locale al di sotto della guaina mielinica innesca un potenziale di azione a livello del successivo nodo di Ranvier. Questo tipo di conduzione è detta saltatoria. La mielinizzazione fa aumentare la velocità di propagazione del potenziale di azione.
Il potenziale locale è una depolarizzazione locale che insorge in un certo punto della membrana di una cellula eccitabile. Esso si propaga gradualmente lungo la membrana e decade nello spazio e nel tempo. Il potenziale di azione è invece una depolarizzazione massimale della membrana che si propaga costantemente lungo la superficie della cellula senza mai decadere. Il potenziale locale si innesca a livello somatodendritico ed è dovuto all’apertura di un canale che lascia passare sodio. Questo canale è a porta chimica (generalmente nel sistema nervoso) perché i canali voltaggio dipendenti si trovano invece dal monticolo assonico. I neuroni sensoriali, ad esempio, captano le sensazioni a livello periferico e le conducono a livello centrale. Essi possiedono un’estremità terminale che genera un potenziale locale, che a sua volta genera un potenziale di azione. Nel caso di un neurone sensoriale, il neurone stesso è la prima parte della catena e deve quindi ricevere direttamente gli stimoli esterni. I neuroni sensoriali, o presentano la loro estremità periferica modificata per ricevere stimoli, oppure sono collegati a tipi cellulari che fungono da recettori. Tutti gli stimoli sensoriali vengono in ultima analisi tradotti in termini di apertura di certi canali ionici che provocano una depolarizzazione a livello dell’estremità della cellula o della cellula recettore. I tipi di canali che tali cellule hanno per captare gli stimoli esterni sono della natura più varia. La natura dota, ad esempio, i sistemi sensoriali di canali ionici che si aprono in seguito a variazioni di pressione. Esistono ad esempio dei recettori situati a livello atriale che sono dei sensori della pressione del sangue. Questi recettori possiedono dei canali che sentono il grado di stiramento del muscolo cardiaco convertendolo in un segnale elettrico proprio in seguito all’apertura di certi canali sensibili a tale stiramento. Nel nostro corso considereremo solo canali ionici voltaggio dipendenti e a porta chimica, ma possono comunque esistere anche canali di tipo diverso.
Esistono vari canali che possono essere attivati da varie molecole e ligandi. Noi abbiamo sempre considerato un canale che aprendosi depolarizza la membrana. A livello dendritico esistono, e si possono aprire, non solo canali cationici, ma anche canali anionici come, in particolare, canali del cloro. In altre parole il segnale che proviene da un elemento presinaptico che colpisce l’elemento postsinaptico può essere di natura eccitatoria ma anche inibitoria. Esistono quindi anche canali che lasciano passare il cloro, cloro che fluisce ed iperpolarizza la membrana. A livello dendritico abbiamo quindi due popolazioni, una popolazione di canali del sodio, ed una di canali del cloro. Immaginiamo che questi canali possano essere stimolati da ligandi che provengono da elementi presinaptici. Allora si possono verificare varie possibilità. Possono essere solo attivati i canali del sodio, ed avremo una depolarizzazione, oppure quelli del cloro, quindi una iperpolarizzazione. Se i canali del sodio si aprono e la membrana si depolarizza e se ad un certo punto si aprono anche i canali del cloro, allora sarà più difficile, per l’intergioco dei due flussi ionici, che si generi un potenziale locale tale da arrivare soprasoglia nella zona trigger. Questo fenomeno è detto integrazione sinaptica. I potenziali locali possono sommarsi fra loro. Un neurone, nella realtà dei fatti, riceve una quantità enorme di afferenze dato che possiede anche 200 mila sinapsi su un singolo corpo cellulare. Ogni sinapsi potenzialmente può, attraverso il rilascio di neurotrasmettitori, innescare dei potenziali locali. Il neurone bombardato risponde a questi eventi con la produzione o meno di un potenziale di azione. La sinapsi possono essere sia eccitatorie che inibitorie aprendo i canali del sodio o del cloro. I diversi canali a livello della sinapsi producono eventi elettrici di depolarizzazione o iperpolarizzazione che si propagano come potenziale locale lungo tutto il corpo cellulare del neurone fino alla zona trigger. Abbiamo un certo numero di eventi depolarizzanti o iperpolarizzanti che si producono contemporaneamente a livello del neurone. Questi potenziali locali si sommano tra di loro e, mano a mano che la depolarizzazione fluisce, noi potremmo avere una depolarizzazione soprasoglia o sottosoglia a seconda della risultante data dalla sommatoria delle depolarizzazioni o iperpolarizzazioni che si sono verificate a livello somatodendritico. Questi eventi sommandosi producono un singolo potenziale locale che arriva alla zona trigger. In un neurone abbiamo, ad esempio, tre sinapsi stimolatorie che producono delle depolarizzazioni a livello locale che si propagano ciascuna dal suo punto di partenza lungo il soma. Queste onde che si propagano si sommano e danno luogo quindi ad un potenziale locale di ampiezza maggiore rispetto al potenziale locale che si propaga a partire da una singola sinapsi. La depolarizzazione arriva quindi alla zona trigger. Questo fenomeno è detto sommazione spaziale. La sommazione spaziale non è solo esclusivamente una sommazione di eventi depolarizzanti. Un neurone può avere a livello somatodendritico sinapsi eccitatorie e inibitorie. Se partono delle depolarizzazioni e delle iperpolarizzazioni avremo una somma delle due. La probabilità che questo neurone ha nel complesso di generare un potenziale di azione dopo stimolazione è minore. Esiste anche un altro fenomeno detto sommazione temporale. A livello di una sinapsi si possono avere scariche in successione. Le depolarizzazioni che avvengono in un certo punto del soma sono delle depolarizzazioni che possono non portare all’insorgenza di un potenziale di azione. Una singola depolarizzazione che avviene dopo il rilascio di un neurotrasmettitore non è in grado di produrre una depolarizzazione tale da determinare l’attivazione di un potenziale di azione. Il primo pacchetto di neurotrasmettitori produce una depolarizzazione che decade nel tempo. Il potenziale locale ha una sua durata. Supponiamo che a livello di una sinapsi vengano scaricati neurotrasmettitori in modo tale che “il quanto di scarica” produca un potenziale sotto soglia. Se la frequenza di scarica è più rapida e il secondo pacchetto di neurotrasmettitori viene scaricato quando è ancora in atto la prima depolarizzazione, si ha una seconda depolarizzazione che si può sommare alla prima e produrre un potenziale locale soprasoglia. Se un neurotrasmettitore viene scaricato con una certa frequenza, i singoli pacchetti di scariche non riescono a produrre un potenziale sovrasoglia. Se la frequenza di scarica aumenta, allora la seconda depolarizzazione arriva a livello della zona trigger quando la membrana ancora non si è ripolarizzata. In questo caso avremo quindi una somma dei due potenziali. I neuroni ricevono segnali da altri neuroni ed integrano le informazioni dei neuroni presinaptici in vario modo. Una prima forma di integrazione è data dai fenomeni di sommazione spaziale e temporale. La risposta del neurone sarà l’attivazione o no di un potenziale di azione. Il secondo fenomeno di integrazione è dato dall’entità della depolarizzazione che arriva a livello della zona trigger e dalla durata del potenziale di azione. I potenziali locali possono avere ampiezza variabile e possono decadere più o meno lentamente. Parlando di un potenziale locale parliamo di una depolarizzazione che attraverso la zona trigger e, se la depolarizzazione è ampia, si può protrarre per lungo tempo. La durata della depolarizzazione e l’ampiezza determinano un fenomeno che viene detto codificazione dell’intensità dello stimolo. Un neurone risponde non con un potenziale di azione singolo ma con una salva di potenziali di azioni. La depolarizzazione a livello del monticolo assonico genera un’onda di depolarizzazione che porta alla produzione di una salva (scarica) di potenziali di azione la cui ampiezza non può variare. A seconda dell’entità della depolarizzazione che scorre può variare invece la frequenza dei potenziali di azione. In base all’ampiezza della depolarizzazione e della sua durata vengono in realtà generati un complesso di potenziali di azione con una frequenza che varia. Questa salva di potenziali di azione durerà finché la depolarizzazione sarà soprasoglia a livello della zona trigger. La frequenza con la quale insorgono i potenziali di azione è in funzione dell’ampiezza dei potenziali di azione che si verificano nella zona trigger. A seconda dell’entità della depolarizzazione che percorre la zona trigger possiamo avere una scarica di potenziali di azione con maggiore o minore frequenza.
La refrattarietà può essere assoluta o relativa. La refrattarietà assoluta perdura fin tanto che i due cancelli (di attivazione ed inattivazione) non si riposizionano. Dopo l’apertura dei canali del sodio si apre il cancello di attivazione, il canale in seguito tramite il cancello di inattivazione si chiude e successivamente ritorna alle condizioni di partenza per riconsentire l’apertura. La permeabilità degli ioni sodio ha un andamento a picco. Alla fine del periodo di ripolarizzazione i cancelli del canale del sodio sono di nuovo attivati. In questo periodo però abbiamo una sorta di iperpolarizzazione dovuta alla prolungata apertura dei canali del potassio che danno luogo alla refrattarietà relativa. Mentre nel periodo di refrattarietà assoluta non è possibile stimolare di nuovo un potenziale di azione neanche con uno stimolo massimo, nel periodo di refrattarietà relativa è possibile indurre un nuovo potenziale di azione con una depolarizzazione un pò più accentuata di quella necessaria normalmente per l’insorgenza di un nuovo potenziale di azione. L’apertura dei canali del potassio porta ad una perdita di cariche positive all’esterno della cellula che determina la refrattarietà relativa. Bisogna fornire quindi uno stimolo maggiore per generare un nuovo potenziale di azione. Se la depolarizzazione arriva soprasoglia alla zona trigger, partirà il primo potenziale di azione. Quando il primo potenziale di azione locale decade trova ancora la depolarizzazione della zona trigger che perdura. Immaginate che il primo potenziale di azione viene innescato. Il potenziale di azione nella fase discendente sarà tale che si avrà il riposizionamento dei canali del sodio in una fase in cui vige ancora lo stato di apertura dei canali del potassio. Normalmente, se la membrana si depolarizzasse e iperpolarizzasse come abbiamo visto prima, nel caso di una depolarizzazione soprasoglia prolungata i canali del sodio riposizionati potranno riaprirsi immediatamente e dare origine ad un secondo potenziale di azione anche quando i canali del potassio sono aperti. Questa onda di depolarizzazione locale innesca un primo potenziale di azione e, quando i cancelli del canale del sodio si ridispongono, si potrà avere un secondo potenziale di azione anche nel periodo refrattario relativo. Questo accade solo quando la depolarizzazione soprasoglia è prolungata. Questa onda di depolarizzazione fa in modo che i canali del sodio vengano riaperti subito non appena i loro cancelli si sono riposizionati. Un nuovo potenziale di azione può ripartire a seconda dell’entità della depolarizzazione della membrana nella zona trigger. Avremo quindi una variazione della frequenza dei potenziali di azione. Il tutto avviene in un periodo di refrattarietà relativa che è superato dal fatto che la depolarizzazione della zona trigger è elevata. Se la depolarizzazione soprasoglia perdura nella zona trigger avremo quindi una salva di potenziali di azione uno di seguito all’altro. Tutto si basa sul fatto che la zona trigger non può innescare un nuovo potenziale di azione fin tanto che i canali non sono riposizionati, ma può invece quando i canali sono riposizionati ed anche quando i canali del potassio sono aperti. La depolarizzazione, se sono aperti i canali del potassio, deve essere sovramassimale per perdurare. Se questa depolarizzazione sovrasoglia è tale da mantenersi anche quando sono aperti i canali del potassio, allora il potenziale di membrana della zona trigger perdura generando una certa frequenza di potenziali di azione, questo perchè non appena i canali del sodio si sono riposizionati, si possono riaprire subito. A seconda di quanto la depolarizzazione è sovrasoglia, il potenziale di azione arriverà prima al suo picco e quindi prima avverrà il riposizionamento dei canali del sodio e, di conseguenza, prima potrà essere generato un nuovo potenziale di azione. Uno stimolo sovramassimale è una depolarizzazione che riesce a superare la perdita di cariche positive date dai canali del potassio. Sovramassimale vuol dire che nelle condizioni in cui i canali del potassio sono aperti, non saranno sufficienti le stesse quantità di corrente che servono per innescare il primo potenziale di azione, perché parte delle carche verranno perse. Per innescare un potenziale di membrana in condizioni di refrattarietà relativa, serve uno stimolo sovramassimale. L’entità della depolarizzazione che si verifica e perdura a livello della zona trigger produce una scarica di potenziali di azione la cui frequenza varia a seconda dell’entità della depolarizzazione stessa. Più sarà grande l’ampiezza della depolarizzazione, maggiore sarà la frequenza di scarica dei potenziali di azione. Questa depolarizzazione è sovramassimale se è talmente grande che riesce a mantenersi sovrasoglia a livello della zona trigger anche quando sono aperti i canali del potassio. La depolarizzazione è quindi talmente ampia da perdurare nella zona trigger anche verso la fine del primo potenziale di azione. La frequenza sarà maggiore dove la curva del potenziale locale è ascendente, mentre sarà minore dove la curva è discendente. Questa salva di potenziali di azione produce il rilascio più o meno accentuato di neurotrasmettitori. In questo modo viene modulato il rilascio di neurotrasmettitori. Un singolo potenziale di azione libererà all’estremità di un assone una certa quantità di neurotrasmettitori. Non essendo modulabile l’ampiezza del potenziale di azione, il neurone modula la quantità di neurotrasmettitori rilasciati attraverso la modulazione della frequenza dei potenziali di azione generati. 

 

fonte: http://sommofabio.altervista.org/ANNO2/Fisiologia/Fisiolgia-Mauro06-Sistema_nervoso3.doc                     

Autore del testo: Mauro

 

SISTEMA NERVOSO
(thanks to Marco per gli appunti della lezione)

Come fa il potenziale di azione che arriva all’estremità assonica ad indurre il rilascio di neurotrasmettitori? Il neurone ideale che abbiamo analizzato è l’interneurone, ovvero quel neurone che contrae rapporti con un neurone a monte ed uno a valle. Ad un terminale di una catena nervosa troveremo invece un neurone sensoriale o afferente (che riceve stimoli dall’ambiente). Questi sono neuroni che sentono variazioni nell’ambiente e trasportano queste informazioni in direzione centrale. All’altra estremità troveremo i neuroni efferenti o neuroni motori in senso lato. Questo termine sta ad indicare un qualsiasi neurone efferente, ovvero un qualsiasi neurone che uscendo dal sistema nervoso centrale va ad innervare una cellula o gruppi di cellule bersaglio.
Il flusso di informazioni nel sistema nervoso utilizza segnali chimici ed elettrici tra le cellule. I neurotrasmettitori sono secreti nelle immediate vicinanze delle cellule bersaglio. La sinapsi è il punto in cui un neurone incontra la sua cellula bersaglio, che può essere un altro neurone o una cellula non neuronale. Ogni sinapsi è composta da tre parti: terminale assonale della cellula presinaptica, il vallo sinaptico cioè lo spazio tra le cellule, e la membrana della cellula postsinaptica.. In un riflesso nervoso, l’informazione passa dalla cellula presinaptica a quella postsinaptica. Le sinapsi sono classificate come elettriche o chimiche in base al tipo di segnale che viene trasmesso.
Sinapsi elettriche:  fanno passare un segnale elettrico direttamente dal citoplasma di una cellula a quello di un’altra attraverso giunzioni comunicanti. Non sono sinapsi comuni, si trovano principalmente nel SNC, ma anche in alcune cellule gliali, nel muscolo liscio e in quello cardiaco. Il vantaggio di questo tipo di sinapsi è la rapida conduzione del segnale da una cellula all’altra. I due elementi pre e post-sinaptico sono in continuità attraverso dei canali definiti connessoni. L’elemento pre-sinaptico ha una sorta di canale giustapposto su un secondo canale posto sull’elemento post-sinaptico. Abbiamo una sorta di scanalatura che inizia nel citosol del neurone pre-sinaptico e termina nel neurone post-sinaptico. Un poro situato a livello pre-sinaptico in continuità con un poro situato a livello post-sinaptico tale da consentire il passaggio di cariche dall’elemento pre-sinaptico a quello post-sinaptico. In questo tipo di sinapsi la depolarizzazione si trasmette dal terminale della cellula pre-sinaptica fino al neurone post-sinaptico per flusso passivo di cariche. C’è continuità tra i due elementi pre e post-sinaptico. La presenza di questi due canali giustapposti crea continuità tra i due elementi e le loro membrane. Il potenziale di azione che arriva all’estremità pre-sinaptica genera un flusso di cariche positive a livello della cellula post-sinaptica producendo un potenziale locale. Questi potenziali possono poi generare un potenziale di azione nel neurone post-sinaptico. Questa continuità si realizza tramite la giustapposizione di due canali detti connessoni (una sorta di giunzione comunicante). Questi canali sono costituiti da subunità dette connessine che possono esistere solo in due stati, aperto o chiuso. Le connessine delimitano il canale giustapponendosi così da creare il poro del connessone. Le connessine possono determinare due stati funzionali, uno stato aperto ed uno chiuso. Nel caso in cui le connessine sono disposte perpendicolarmente, delimitano un poro aperto che permette alle cariche di fluire. Esiste però anche lo stato conformazionale chiuso in cui le connessine subiscono una sorta di torsione e, cambiando di conformazione, rendono impervio il connessone stesso, chiudendolo. Queste sinapsi consentono un rapido passaggio di cariche elettriche e quindi una rapida depolarizzazione della cellula post-sinaptica. Esse sono delle sinapsi molto rapide ma sono anche delle sinapsi scarsamente modulabili.
Sinapsi chimiche: sono la grande maggioranza della sinapsi nel sistema nervoso, usano neurotrasmettitori per trasmettere informazioni tra cellule. Il terminale assonnale presinaptico della sinapsi chimica presenta molte piccole vescicole sinaptiche e grossi mitocondri. Alcuna vescicole sono accostate alla membrana nelle immediate vicinanze del vallo sinaptico in attesa di un segnale per il rilascio del loro contenuto. Altre vescicole formano un pool di riserva, e si accumulano nelle vicinanza dei siti di attacco. Ogni vescicola contiene una quantità fissa di neurotrasmettitore, che viene rilasciato quando se ne presenta la necessità. In una sinapsi chimica abbiamo il terminale assonico della cellula pre-sinaptica con un bottone sinaptico che contrae stretti rapporti con la MP della cellula post-sinaptica anche se è separata da questa tramite uno spazio molto piccolo detto spazio sinaptico (o vallo sinaptico). Quando l’onda di depolarizzazione del potenziale di azione raggiunge il terminale assonale, mette in moto una sequenza di eventi. La membrana del terminale assonale ha dei canali per il Ca voltaggio dipendenti, che si aprono in risposta alla depolarizzazione. Gli ioni Ca sono più concentrati nel liquido extracellulare rispetto al citoplasma, e quindi diffondono nella cellula. L’ingresso di calcio funge da segnale per il rilascio per esocitosi del neurotrasmettitore contenuto nelle vescicole sinaptiche, determinando la fusione sulla membrana delle vescicole sinaptiche che contengono neurotrasmettitori. Quando le molecole di neurotrasmettitore sono libere nel liquido extracellulare del vallo sinaptico, superano questa breve distanza per legarsi ai recettori sulla membrana postsianptica, nel caso in cui questi recettori siano canali, ciò determina l’apertura di questi canali causando quegli eventi elettrici di cui già abbiamo parlato prima.  La breve durata di un segnale nervoso è garantita dalla rapida rimozione o inattivazione del neurotrasmettitore nel vallo sinaptico. Alcuni neurotrasmettitori diffondono semplicemente dalla sinapsi, staccandosi dai recettori. Altri sono catabolizzati enzimaticamente oppure vengono riportati nella cellula presinaptica.
I neurotrasmettitori sono raggruppati in 5 classi: aa, ammine derivate da aa, basi puriniche, polipeptidi, acetilcolina.
L’acetilcolina (ACh) è una classe a se stante, è formata da colina ed acetil-CoA. La colina è una piccola molecola che si trova anche nelle membrane fosfolipidiche,   l’acetil-CoA è un intermedio metabolico che lega la glicolisi al ciclo dell’acido citrico. La sintesi dell’ACh ad questi due precursori è una via metabolica semplice che ha luogo nel terminale assonale. Una volta liberata nel vallo sinaptico, l’ACh viene rapidamente catabolizzata dall’acetilcolinesterasi che si trova nella matrice extracellulare e nella membrana della cellula postsinaptica. La colina derivata dall’Ach catabolizzata viene trasportata attivamente di nuovo nel terminale assonale presinaptico e utilizzata e usata per la sintesi di nuova aceticolina che va a riempire le vescicole presinaptiche riciclate. Ammine, aa e purine  sono sintetizzate nei terminali assonali e una volta rilasciati nel vallo sinaptico, questi neurotrasmettitori non sono catabolizzati, ma diffondono nel torrente circolatorio per essere trasportati via, oppure vengono riportati attivamente dentro  il terminale assonale per essere metabolizzati o riutilizzati. Un neurotrasmettitore interessante è l’ossido nitrico (NO), un gas instabile sintetizzato a partire dall’ossigeno e dall’aa arginino. Diffonde liberamente nelle cellule bersaglio piuttosto che legarsi a recettori di membrana. Nel SNC i neurotrasmettitori comprendono molti polipeptidi noti per la loro attività ormonale. Al contrario, nel SNP vengono usate principalmente tre sostanze che agiscono principalmente come neurotrasmettitori: ACh, norepirefrina (NE), epinefrina (E). 
La captazione di un neurotrasmettitore, e quindi la sua rimozione, è mediata non solo dal neurone pre-sinaptico ma, certe volte, anche dalle cellule gliali che sono ad esempio captatori attivi di glutammato (neurotrasmettitore eccitatorio). Il sistema di cessazione dell’attività dei neurotrasmettitori, e quindi gli eventuali processi di degradazione e recupero, sono ancora oggetto di studio. Nella zona somatodendritica, i recettori a livello post-sinaptico presenti ed in grado di essere innescati da un neurotrasmettitore non sono sempre canali ionici a porta chimica. Abbiamo due tipi di recettori, uno è dato da un insieme di canali ionici a porta chimica, l’altro è dato da recettori eptaelica. Questi recettori coesistono ed un singolo neurotrasmettitore può attivare sia recettori per canali ionici a porta chimica, recettori detti ionotropi, sia recettori eptaelica che sono detti metabotropi. L’acetilcolina è un importante neurotrasmettitore al livello del sistema nervoso centrale e periferico ed i suoi recettori sono detti recettori colinergici. Fra i colinergici abbiamo i recettori nicotinici che sono canali ionici a porta chimica, canali formati da subunità che legano l’acetilcolina. Quando essi si aprono, consentono il passaggio di vari specie cationiche, in particolare il sodio. Sono canali che aprendosi a livello post-sinaptico consentono la generazione di un potenziale locale. Un altro tipo di recettore fra i colinergici è il recettore muscarinico per l’acetilcolina che è un recettore accoppiato a proteine G (recettore eptaelica). Tali recettori di cui abbiamo detto prima non sono distribuiti a caso, ma hanno una distribuzione ben precisa. Mentre è chiaro che in termini di risposta un recettore nicotinico è molto rapido, la risposta che invece è evocata dal legame dell’acetilcolina ad un recettore di tipo muscarinico è una risposta più lenta perchè è una risposta che può coinvolgere la formazione di secondi messaggeri. Tali recettori si chiamano così perché sono attivati specificamente dalla nicotina per i recettori nicotinici, e dalla muscarina per i recettori muscarinici. I recettori nicotinici sono inibiti dal curaro, potente veleno che uccide poiché blocca i recettori nicotinici paralizzando la vittima, dato che tali recettori sono recettori importanti per innescare la contrazione del muscolo scheletrico. L’acetilcolina è presente non solo in certi neuroni ma anche nel muscolo scheletrico e cardiaco. I recettori muscarinici sono presenti a livello del muscolo cardiaco. Parliamo di sinapsi e quindi non solo sinapsi tra neurone e neurone ma anche tra neurone e cellule eccitabili. Altri neurotrasmettitori sono delle ammine, come la noradrenalina, la dopammina, la serotonina e l’istamina. Alcuni di questi possono attivare sia recettori eptaelica che canali ionici. La noradrenalina è un importante neurotrasmettitore sia a livello di vari tipi cellulari come muscolo cardiaco e liscio sia di ghiandole. La noradrenalina è accoppiata a recettori eptaelica. Certi canali possono essere attivati anche da proteine chinasi che attivano certi canali a seguito della loro fosforilazione. Oltre alle ammine abbiamo anche un gruppo di AA che fungono da neurotrasmettitori. Abbiamo il glutammato e l’acido γ amminobutirrico che funzionano solo a livello del sistema nervoso centrale. Fra questi c’è anche la glicina. Il glutammato ha recettori associati a canali ionici che lasciano passare sodio e potassio. Il glutammato è un neurotrasmettitore eccitatorio che apre canali ionici che provocano delle depolarizzazioni. L’acido γ amminobutirrico è invece un neurotrasmettitore inibitore in grado di attivare recettori canale che sono specifici per il cloro. Il potenziale locale che si produce è la sommatoria delle depolarizzazioni che si verificano. L’acido γ amminobutirrico si lega ad un canale per il cloro e attivandolo funge da neurotrasmettitore inibitorio. Nel contesto degli eventi che si verificano a livello post-sinaptico, se un neurone viene eccitato dal glutammato attraverso i recettori ionotropi, avremo un potenziale post- sinaptico eccitatorio che potrà generare un potenziale di azione. Se contemporaneamente si apre un recettore canale attivato dall’acido γ amminobutirrico, si attiverà un potenziale locale inibitorio che andrà a sommarsi a quello precedente. L’apertura di questi canali andrà così a contrastare il potenziale locale generato dal glutammato. I neurotrasmettitori possono quindi essere sia eccitatori che inibitori. A livello posto sinaptico possiamo avere la generazione sia di potenziali locali eccitatori che di potenziali inibitori. I potenziali inibitori sono dovuti in grandissima parte dall’attivazione dei canali del cloro. Gaba (acido γ amminobutirrico) e glicina hanno questo effetto inibitorio. Il Gaba attiva anche recettori accoppiati a proteine G. Fra i recettori abbiamo anche purine ed “NO” che è un neurotrasmettitore particolare che non attiva canali ma altri enzimi. Generalmente sia eventi ionotropi che metabotropi portano a variazione di flussi ionici di membrana. I canali ionici possono essere aperti sia per via diretta che in seguito a secondi messaggeri attivati a loro volta da recettori accoppiati a proteine G. Pertanto possiamo avere un’attivazione diretta o una modulazione indiretta. Mentre l’azione dei neurotrasmettitori che attivano canali ionotropi è un evento molto rapido, le risposte mediate dall’attivazione di recettori metabotropi sono risposte più lente. Un tempo si faceva la distinzione tra neurotrasmettitori e neuromodulatori. Un tempo con neurotrasmettitori si ci riferiva a molecole che provocavano l’apertura diretta dei canali, con neuromodulatori si ci riferiva invece a molecole che legandosi a recettori metabotropi provocavano risposte lente ed indirette.
L’unione di un neurotrasmettitore con il proprio recettore avvia una serie di risposte nella cellula postsinaptica. Nel caso più semplice, il neurotrasmettitore apre un canale ionico chimicamente regolato, il che porta al passaggio di ioni tra la cellula e il liquido extracellulare. La risultante variazione del potenziale di membrana viene detto potenziale sinaptico veloce, perché comincia rapidamente e si estingue in pochi millisecondi. Le risposte rapide aprono sempre canali ionici, mentre quelle lente possono chiuderli o aprirli. Nelle risposte lente, i neurotrasmettitori si legano ai recettori accoppiati a proteine G e a sistemi  di secondi messaggeri. Questi agiscono nel citoplasma per aprire o chiudere i canali ionici. Il potenziale di membrana che risulta da questo processo viene detto potenziale sinaptico lento, perché il secondo messaggero impiega più tempo per dare una risposta, inoltre la risposta stessa ha una durate più lunga, oscillante tra secondi e minuti. L’attivazione da parte del neurotrasmettitore del sistema del secondo messaggero  può anche modificare le proteine cellulari esistenti o regolare la sintesi di nuove proteine.       

Il riflesso da stiramento è dovuto dal fatto che la botta al di sotto della rotula provoca uno stiramento del quadricipite. Esistono dei sensori che percepiscono questo stiramento e lo interpretano come uno stimolo nocivo che tende a danneggiare i muscoli. Entra in gioco un riflesso che contrae il muscolo ed al tempo stesso si contrae il muscolo flessore. Questo riflesso si realizza a livello del midollo spinale. Le vie afferenti ed efferenti sono circoscritte a livello del midollo spinale. Qui c’è il neurone sensoriale che porta lo stimolo nocivo dello stiramento del quadricipite ed innesca un potenziale di azione in un neurone unipolare che arriva al midollo spinale. L’estremità del neurone sensoriale prende contatto con due neuroni che vengono eccitati. Un neurone è un neurone efferente, un moto neurone che va ad innervare direttamente il muscolo. La flessione del quadricipite innesca il potenziale di azione che induce la contrazione del quadricipite femorale, ma contemporaneamente deve anche essere bloccata la contrazione dei flessori. Il neurone sensoriale, che è eccitatorio, eccita un piccolo interneurone. Questo secerne un AA inibitorio, il Gaba. Questo interneurone va a formare sinapsi con il motoneurone che innerva il muscolo flessore. Il motoneurone blocca il flessore. Ricapitolando avremo allungamento del tendine del quadricipite, stiramento del muscolo, parte un potenziale di azione lungo il neurone sensoriale sfioccandosi in sinapsi eccitatorie con il motoneurone che innerva il quadricipite e ne induce la contrazione. Al tempo stesso tramite un interneurone inibitorio che usa Gaba, quest’ultimo si lega a recettori specifici presenti sul neurone motore del flessore, genera un potenziale post-sinaptico inibitorio ed altri neuroni che tenderebbero ad eccitare il motoneurone non possono agire perché le loro depolarizzazioni sono attenuate dall’apertura del canali del cloro che avvengono attraverso l’azione del Gaba. Questo è un meccanismo di integrazione molto semplice che avviene a livello del midollo spinale. Abbiamo visto che i vari tipi di neuroni sensoriali registrano stimoli provenienti dall’ambiente esterno ed interno dell’organismo e li portano a livello del sistema nervoso centrale. I vari stimoli vengono integrati e convertite in risposte motorie. Tali risposte sono caratteristiche dei neuroni efferenti che partono dall’encefalo e dal midollo spinale e raggiungono gli organi bersaglio. Quando parliamo di neuroni sensoriali facciamo riferimento ad un’unica grossa famiglia di neuroni sensoriali afferenti. I neuroni efferenti, sono invece neuroni che portano informazione dal sistema nervoso centrale alla periferia. Fra questi abbiamo i neuroni motori, che vengono divisi in due grandi gruppi detti neuroni somatomotori, che sono neuroni che innervano i muscoli scheletrici, e neuroni autonomi che innervano invece gli organi interni (ghiandole, rene…). Queste due vie si differenziano in base ai tipi di neurotrasmettitori che utilizzano e dal numero di neuroni che queste vie comprendono. Nel caso dei neuroni somatomotori l’intera via è costituita da un solo neurone, un neurone il cui corpo cellulare percorre tutta la strada fino al muscolo scheletrico da innervare. Il neurotrasmettitore che viene rilasciato dai motoneuroni somatici è l’acetilcolina che a livello dei muscoli scheletrici ha come bersaglio un recettore nicotinico, ovvero un recettore canale. Avremo quindi un solo lungo motoneurone che innerva il muscolo scheletrico. Diverse sono invece le vie autonome. Esse sono più complesse, non sono formate da un unico neurone ma da due. Il sistema di neurotrasmissione varia a seconda che la via autonoma sia di tipo simpatico o parasimpatico.                    

 

fonte: http://sommofabio.altervista.org/ANNO2/Fisiologia/Fisiolgia-Mauro07-Sistema_nervoso4.doc

Autore del testo: Marco

 

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