Neuroscienze: Potenziale d'Azione e Cellule di Sostegno

Basi Neurali della Cognizione - Note di Studio

• Cellule di sostegno del sistema nervoso centrale (SNC): I neuroni non immagazzinano nutrienti, dipendono dalle cellule di sostegno per supporto e protezione. Queste cellule di sostegno, chiamate neuroglia, comprendono astrociti, oligodendrociti e microglia.

Astrociti (cellula stellata)

• Supporto fisico e pulizia: Gli astrociti forniscono supporto fisico ai neuroni e rimuovono i detriti dal cervello tramite fagocitosi.
• Funzione strutturale: Circondano i neuroni, mantenendoli al loro posto.
• Rimozione neuroni morti: Un tipo di astrociti si occupa di rimuovere i neuroni morti.
• Riempimento dello spazio vuoto: Riempiono lo spazio lasciato dai neuroni morti con una matrice di astrociti e tessuto cicatriziale.
• Controllo composizione chimica: Regolano la composizione chimica del fluido che circonda i neuroni e all'interno delle sinapsi.
• Isolamento sinaptico: Isolano le sinapsi limitando la dispersione dei neurotrasmettitori.

Oligodendrociti

• Produzione guaina mielinica: Gli oligodendrociti sostengono i neuroni e producono la guaina mielinica che li isola.
• Struttura tubolare: La mielina, composta per l'80% da lipidi e per il 20% da proteine, si presenta sotto forma di struttura tubolare che avvolge l'assone.
• Interruzioni (nodi di Ranvier): La guaina mielinica non è continua, ma presenta interruzioni chiamate nodi di Ranvier (1-2 μm).
• Un oligodendrocita e molti assoni: Un singolo oligodendrocita può produrre fino a 50 segmenti di mielina per diversi assoni adiacenti.

Microglia

• Cellule gliali più piccole: Sono le cellule gliali più piccole.
• Funzione immunitaria: Hanno compiti di fagocitosi e principalmente una funzione immunitaria, proteggendo il cervello da microrganismi dannosi.

Cellule di Schwann (SNP)

• Guaina mielinica nel SNP: Le cellule di Schwann avvolgono gli assoni dei neuroni del sistema nervoso periferico (SNP) formando una guaina mielinica (corrispettivo degli oligodendrociti).
• Avvolgimento completo: Una singola cellula di Schwann avvolge completamente l'assone per formare un tratto di guaina mielinica.
• Rimozione residui e ricrescita: Se un nervo subisce un danno, le cellule di Schwann si occupano di rimuovere i residui degli assoni danneggiati e formano una struttura a cilindro che guida la ricrescita dell'assone (processo di sprouting).

Meccanismo di sprouting

• Assente nel SNC: Questo meccanismo non si verifica nel sistema nervoso centrale a causa della barriera formata dagli astrociti.

Sviluppo neuronale

• Allungamento progressivo (SNP): Le cellule di Schwann forniscono segnali per dirigere l'allungamento degli assoni danneggiati verso la loro destinazione.
• Proliferazione bottoni sinaptici (SNC): Gli astrociti rilasciano segnali chimici per indurre la proliferazione dei bottoni sinaptici degli assoni in via di rigenerazione.

La barriera ematoencefalica

• Sbarramento: Esiste uno sbarramento selettivo tra il sangue e il fluido che circonda le cellule cerebrali.
• Selettivamente permeabile: La barriera è formata dalle pareti dei capillari cerebrali, che non hanno fessure che permettono lo scambio tra plasma ematico e fluido circostante.
• Protezione: Alcune proteine, come i trasportatori di glucosio, sono responsabili del trasporto di sostanze essenziali per il metabolismo neuronale e per la rimozione di sostanze indesiderate.

Area postrema

• Permeabilità maggiore: La barriera ematoencefalica è più permeabile in alcuni punti, come l'area postrema.
• Rilevazione sostanze tossiche: I neuroni dell'area postrema sono in grado di captare sostanze tossiche/nocive e attivare il riflesso di vomito.

Comunicazione all'interno del neurone

• Riflesso di ritrazione: Un esempio di circuito neurale semplificato, dove uno stimolo dolorifico provoca l'allontanamento repentino della mano.
• Elaborazione corticale assente: L'elaborazione corticale (consapevole) non è presente in questo riflesso.
• Azione eccitatoria: Il processo di trasmissione dell'impulso nervoso.
• Azione inibitoria: Un modo per regolare l'azione eccitatoria e impedire al riflesso di ritrazione di essere eccessivamente forte.
• Elaborazione a livello midollo spinale: Il cervello non è subito coinvolto.

Misurazione dei potenziali elettrici dell'assone

• Rumore dei neuroni: Illustrazione grafica mostrando il rumore dei neuroni nel cervello.

Potenziale di membrana

• Carica negativa all'interno: Un assone a riposo presenta una carica negativa all'interno della membrana (-70 mV).
• Differenza di carica: Il potenziale di membrana è la differenza di carica registrata lungo la membrana.
• Iperpolarizzazione: Aumento della negatività all'interno della membrana.
• Depolarizzazione: Aumento della positività all'interno della membrana.

Soglia di attivazione

• Generazione potenziale d'azione: La depolarizzazione del potenziale di membrana raggiunge una soglia specifica, innescando un potenziale d'azione.
• Rapidità di scarica: Il potenziale d'azione è una rapida scarica di depolarizzazione seguita da una iperpolarizzazione.
• Rilascio neurotrasmettitori: Gli impulsi raggiungono i bottoni terminali, stimolando il rilascio dei neurotrasmettitori nella fessura sinaptica.

Forza di diffusione

• Distribuzione uniforme: Processo tramite cui le molecole si distribuiscono uniformemente all'interno di un mezzo.
• Alta a bassa concentrazione: Da regioni di alta a bassa concentrazione.

Forza di pressione elettrostatica

• Ioni caricati: Le particelle con cariche opposte si attraggono, mentre quelle con la stessa carica si respingono.
• Spostamento ioni: La forza esercitata dalla repulsione/attrazione di ioni è detta forza di pressione elettrostatica.

Composizione del fluido extra/intracellulare

• Anioni organici: Prevalentemente intracellulare.
• Ioni cloro: Prevalentemente extracellulare.
• Ioni sodio: Prevalentemente extracellulare.
• Ioni potassio: Prevalentemente intracellulare.

Come si raggiungono queste concentrazioni

• Pompe sodio-potassio: Spinge tre ioni sodio fuori e due ioni potassio dentro l'assone per mantenere un equilibrio costante.

Potenziale d'azione

• Permeabilità al Na+: La membrana diventa momentaneamente permeabile al sodio, che entra nella cellula.
• Depolarizzazione: Il potenziale di membrana aumenta drasticamente, diventando progressivamente positivo.
• Permeabilità al K+: Successivamente, i canali del potassio si aprono, e il potassio esce dalla cellula, riducendo la positività.

Canali ionici

• Passaggio di ioni: Proteine specializzate che contengono canali attraverso i quali gli ioni possono entrare o uscire dalla cellula.

I Passaggi di generazione di un potenziale d'azione

1. Raggiungimento soglia di attivazione: I canali ionici voltaggio-dipendenti si aprono in risposta alla variazione del potenziale di membrana.
2. Entrata di Na+ e depolarizzazione: Gli ioni Na+ entrano nella cellula.
3. Refrattarietà del canale Na+: Dopo un breve periodo, i canali del sodio diventano refrattari e non possono riaprirsi.
4. Uscita di K+ e ripolarizzazione: i canali potassio si aprono, e gli ioni K+ fuoriescono dalla cellula, riportare il potenziale al suo valore di riposo.
5. Riazzeramento canali ionici: I canali Na+ ritornano alla capacità di aprirsi.
6. Ritorno potenziale di riposo: Le pompe sodio-potassio ripristinano l'equilibrio iniziale della concentrazione di Na+ e K+.

Conduzione saltatoria

• Assoni mielinizzati: La presenza di guaine mieliniche interrompe il contatto con il fluido esterno.
• Viaggio lungo nodi di Ranvier: Il potenziale d'azione salta da un nodo all'altro.
• Velocità e efficienza: La conduzione saltatoria è più veloce ed energeticamente più efficiente della conduzione non mielinizzata.

Frequenza di scarica

• Codifica dell'intensità: L'intensità degli stimoli è codificata dalla frequenza di scarica dei potenziali d'azione.
• Legge della frequenza: Lo stimolo più intenso determina una frequenza di scarica più alta.

Proprietà del potenziale d’azione

• Ampiezza costante: L’ampiezza del potenziale d’azione è costante, indipendentemente dall’intensità dello stimolo.
• Frequenza di scarica variabile: L’intensità dello stimolo è codificata dalla frequenza di scarica.

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