Lezione Neuroni, Sinapsi e Muscolo 2024-25 PDF

Sistema Nervoso insieme di organi che regolano e coordinano le attività dell’organismo Sistema nervoso centrale (SNC) : encefalo e midollo spinale Sistema nervoso periferico (SNP): collega il SNC alla periferia e viceversa : nervi e gangli.  Schema...

Sistema Nervoso insieme di organi che regolano e coordinano le attività dell’organismo Sistema nervoso centrale (SNC) : encefalo e midollo spinale Sistema nervoso periferico (SNP): collega il SNC alla periferia e viceversa : nervi e gangli.  Schema funzionale del Sistema Nervoso Nel SNC avviene il riconoscimento, l’elaborazione, l’integrazione dando un’immagine completa dell’ambiente che viene poi confrontata con la memoria e in base al significato che viene attribuito alla sensazione percepita si prende una decisione e si ha l’attuazione della risposta. E’ necessario per metterci in relazione con l’ambiente che ci circonda e con l’ambiente interno tramite ricezione di stimoli (e.g. concentrazione di glucosio o sodio nel sangue, pH, grado di ossigenazione sangue, temperatura, luce, suoni) SCOPO: mantenere l’omeostasi equilibrio dinamico che momento per momento serve a mantenere la salute e a svolgere le attività quotidiane. Le funzioni del sistema nervoso, anche le più complesse, si fondano sulle proprietà funzionali dei neuroni. i neuroni sono cellule eccitabili e la loro attività specifica consiste nel generare trasmettere elaborare informazioni l’informazione nervosa si basa sulla capacità dei neuroni di generare correnti elettriche, in seguito a modificazioni del potenziale di riposo che risultano dall’apertura o chiusura di canali ionici. Corpo cellulare= soma= pirenoforo Neurone psudounipolare o cono di emergenza  Potenziale di membrana A riposo i neuroni presentano una differenza di potenziale transmembrana con l’interno più negativo dell’esterno: potenziale di membrana a riposo  Na+ e K + hanno un ruolo principale nel generare il potenziale di membrana a riposo L’ampiezza del potenziale di membrana dipende da: differenze nelle concentrazioni degli ioni nei liquidi intra- ed extra-cellulari differenza nella permeabilità della membrana a ioni diversi (numero di canali ionici e stato di apertura /chiusura) contributo pompe ioniche ( pompa Na+/K+ ATPasi)  -90mv Il potenziale di membrana al quale i due flussi diventano uguali in ampiezza ma di direzione opposta si chiama: potenziale di equilibrio I canali ionici Sono formati da glicoproteine integrali di membrana che delimitano un poro acquoso attraverso il quale possono passare ioni specifici. Sono formati da più subunità, uguali (canali omomeri) oppure diverse tra di loro (canali eteromeri), che delimitano un poro idrofilo. Attraverso il canale passa un flusso di 108 ioni/sec. Questi canali sono molto spesso selettivi, cioè permettono il passaggio solo di determinati ioni: ad esempio alcuni canali di membrana fanno passare solo Na+ o solo K+, mentre altri sono selettivi per il Cl-. I canali ionici possono essere suddivisi in canali passivi e in canali ad accesso variabile Canali passivi: sono sempre “aperti” a riposo. Essere sempre aperto vuol dire fluttuare continuamente fra una condizione di apertura (ON) e una di chiusura (OFF). Quindi questi canali ionici alternano stati in cui sono attraversati dagli ioni (corrente) a stati in cui la corrente si azzera. Canali ad accesso variabile: sono chiusi, ma si aprono per variazione del PM (voltaggio dipendenti) , interazione con una molecola segnale (ligando dipendenti) nel liquido extracellulare, deformazione meccanica, fosforilazione o defosforilazione sul versante citoplasmatico e variazioni di temperatura.  Canali ad accesso variabile (a cancello) canali ad accesso variabile o a cancello (gating) : ligandi fosforilazione/defosforilazione voltaggio deformazione meccanica Canali TRP, transient receptor potential: apertura per stimoli termici Orecchio Orecchio Orecchio esterno medio interno Padiglione Canali auricolare semicircola ri Finestra Nervi Catena ovale degli ossicini Meato uditivo Labirinto Coclea Membrana timpanica Carotid e Verso la Finestra interna rotonda faringe Tuba di Eustacchio COCLEA: sede dei recettori acustici, dove avviene la trasduzione del segnale acustico in fenomeno bioelettrico 1.La vibrazione della membrana basilare determina la flessione ritmica delle ciglia delle cellule cigliate in quanto queste urtano contro la membrana tettoria. 2.Questa deformazione origina la trasduzione meccanoelettrica sulla punta delle stereociglia troviamo canali per il potassio (K+) ciascuno dei quali è legato alle ciglia vicine tramite il filamento proteico tip link  -90mv Il potenziale di membrana al quale i due flussi diventano uguali in ampiezza ma di direzione opposta si chiama: potenziale di equilibrio Potenziale di membrana  Potenziale di membrana Equazione di Goldman z X X Vm= 61 log PK [K+]out+ PNa [Na+]out+ PCl [Cl-]in PK [K+]in+ PNa [Na+]in+ PCl [Cl-]out  Pompa Na+/K+ Il potenziale di membrana può esistere solo grazie all’attività della pompa Na+/K+. La pompa Na+/K+ riporta dentro la cellula due ioni K+, mentre estrude 3 ioni Na+. In questo modo evita che il continuo efflusso di K+ e la continua entrata di Na scarichino il gradiente elettrico abolendo così il potenziale di membrano. Se questo succede, il valore di PM va lentamente verso 0. Potenziale di membrana CANCELLO (GATE)  I neuroni sono in grado di generare segnali elettrici modificando il potenziale di membrana Nei neuroni troviamo 2 tipi di segnali elettrici : Potenziale graduato (dendriti e soma): Variazione del potenziale di membrana modulabile in ampiezza e durata; si propaga a breve distanza con decremento Potenziale d’azione (assone): Breve depolarizzazione tutto-o-nulla che inverte la polarità di membrana; non è graduabile in ampiezza e si propaga a distanza senza decremento. Si chiamano graduati perché la loro ampiezza è proporzionale all’intensità dello stimolo che li ha innescati correnti elettrotoniche (Vander, Fisiologia)  Si chiamano graduati perché la loro ampiezza è proporzionale all’intensità dello stimolo che li ha innescati La dispersione delle cariche attraverso canali aperti fa diminuire l’ampiezza. Sparisce dopo 10 mm (Vander, Fisiologia) (assone) Il potenziale d’azione si genera in risposta ad una depolarizzazione….. -70 mV -70 mV … che deve raggiungere il potenziale «soglia»  Potenziale d’azione Il potenziale d’azione è un fenomeno tutto o nulla cioè un fenomeno che “c’è o non c’è”, e quando nasce è sempre uguale a se stesso e non può essere variato in ampiezza.  -70 mV Fase di depolarizzazione: il potenziale di membrana diviene progressivamente meno negativo e raggiunge valori positivi (picco complessivo 100-120 mV). Fase di ripolarizzazione, il potenziale torna al valore di riposo. Comprende una fase transitoria di iperpolarizzazione postuma, durante la quale il potenziale raggiunge valori più negativi del potenziale di riposo.  Il potenziale d’azione richiede l’attivazione/inattivazione coordinata di diversi canali ionici….. 1) Potenziale di riposo. 2) Stimolo depolarizzante. 3) Depolarizzazione a soglia. Apertura canali voltaggio dipendenti del Na+, ingresso Na+. Inizia, lentamente, anche l’apertura canali al K+ voltaggio dipendenti 4) Entrata rapida Na+ inversione polarità. 5) Inattivazione canali Na+ ed ulteriore aumento apertura dei canali al K+. 6) Uscita di K+: ripolarizzazione. 7) Il perdurare dell’apertura dei canali K+ e/o l’attivazione della pompa Na+-K+ sono responsabili della iperpolarizzazione postuma. 8) I canali K+ si chiudono. 9) Il potenziale di membrana torna al valore di riposo Potenziale d’azione Durante la fase di depolarizzazione e gran parte della ripolarizzazione, il neurone non può essere nuovamente attivato, si dice pertanto che si trova in periodo refrattario assoluto. La refrattarietà è legata all’impossibilità di far entrare nella cellula ulteriore Na+: i canali sono già aperti ( fase di salita ) i canali sono inattivati (picco, fase di ripolarizzazione)  Potenziale d’azione: periodo refrattario Periodo refrattario si divide in: Periodo refrattario assoluto (PRA): Nessun potenziale d’azione può essere generato,indipendentemente dallo stimolo applicato Periodo refrattario relativo (PRR ): Si può generare un secondo potenziale d’azione solo applicando stimoli con intensità superiore a quella che ha generato il potenziale precedente. Il PRR è tanto più lungo quanto più è presente la iperpolarizzazione postuma. Come conseguenza dei periodi refrattari: Il potenziale d’azione è un evento isolato che non può sommarsi con altri potenziali d’azione. La frequenza con cui un neurone può generare potenziali d’azione è limitata. Funzioni del periodo refrattario: Impedire il riverbero dei segnali che devono essere propagati in una sola direzione senza poter tornare indietro Il potenziale d’azione è un fenomeno autorigenerativo capace di propagarsi senza attenuazione…… Potenziale d’azione: propagazione  La modalità e la velocità di propagazione del potenziale d’azione dipendono dal diametro dell’assone presenza o no di mielina 0,5-2 m/sec assoni non mielinizzati 3-120 m/sec assoni mielinizzati La guaina mielinica è la membrana plasmatica delle cellule della glia che vanno ad avvolgere l’assone del neurone. Nel sistema nervoso centrale le cellule che rivestono l'assone sono gli oligodendrociti, mentre nel sistema nervoso periferico sono le cellule di Schwann. Gli oligodendrociti possono mielinizzare più assoni adiacenti, mentre le cellule di Schwann mielinizzano un solo assone. La guaina mielinica avvolge gli assoni in modo discontinuo: si interrompe infatti a intervalli regolari nei cosiddetti "nodi di Ranvier", in corrispondenza dei quali l'assone è quindi parzialmente scoperto. Conduzione saltatoria Diametro Velocità Tipo e funzione (µm) (m/sec) Mieliniche. Fibre efferenti 12-20 70-100 (motrici) ed afferenti: ambedue deputate al controllo motorio 1-12 5-70 Mieliniche. Fibre afferenti per varie forme di sensibilità cutanea (tattile, termica) e per dolore puntorio 0.2-1 0.5-5 Amieliniche. Fibre afferenti per il dolore profondo (articolare e viscerale) e la sensibilità termica grossolana; fibre efferenti vegetative  Sinapsi: giunzione tra due elementi cellulari eccitabili (neuroni, neuoni- cellule tessuti eccitabili) che consente il passaggio di informazione Componenti principali: membrana presinaptica, membrana postsinaptica Sulla base del meccanismo con cui avviene la trasmissione dei segnali vengono distinte in: Sinapsi Sinapsi elettrica chimica A seconda della natura dei due elementi che prendono contatto una sinapsi può essere definita:  Interneurale tra le terminazioni di una fibra nervosa e il soma o i dendriti di un neurone;  Citoneurale tra la cellula sensoriale e le terminazioni di un neurone afferente sensitivo;  Neuromuscolare tra le terminazioni di un una fibra nervosa efferente e la fibra muscolare.  Sinapsi chimica Nella sinapsi chimica il passaggio dell’informazione consiste nell’utilizzo di molecole, dette neurotrasmettitori.  Sinapsi chimica La sinapsi consiste di tre parti principali: membrana presinaptica :la membrana terminale dell’assone presinaptico fessura sinaptica: spazio che separa le due cellule (16-30 nm) membrana postsinaptica: la membrana cellulare della cellula postsinaptica Sinapsi chimica Zone attive: Ispessimenti scuri e sfumati distribuiti lungo il lato presinaptico della fessura che rappresentano strutture specializzate che fungono da siti di ancoraggio per Vescicole le vescicole 1. Arrivo del potenziale d’azione 2. Si aprono i canali voltaggio- dipendenti per il Ca2+ e il Ca2+ entra 3. Il Ca2+ provoca la fusione delle membrane vescicolari con la membrana presinaptica 4. Rilascio dei neurotrasmettitori nella fessura sinaptica per esocitosi 5. I neurotrasmettitori diffondono fino a incontrare i recettori posti sulla membrana postsinaptica La risposta di un NT dipende dal recettore postsinaptico a cui si lega e il segnale è generato dall’apertura e chiusura di canali ionici( variazione della conduttanza di uno o più ioni). Recettori ionotropici Recettori metabotropici Recettori ionotropici Il legame del neurotrasmettitore al recettore apre direttamente un canale ionico. Recettori metabotropici Il legame del NT al recettore crea una cascata di reazioni metaboliche intracellulari (secondi messaggeri) che portano all’apertura di un canale ionico “dall’interno”.  1 2 1 3 Zona 2 “trigger” Zona No “trigger” potenziale d’azione Tre neuroni eccitatori scaricano ed i loro potenziali graduati separatamente non raggiungono la soglia Due potenziali eccitatori sono ridotti I tre potenziali graduati sottosoglia 1 per la contemporanea presenza di un raggiungono la zona “trigger” dove si potenziale inibitorio sommano e creano un segnale soprasoglia La somma dei potenziali da origine ad un potenziale sottosoglia quindi no potenziale d’azione sinapsi elettrica Nella sinapsi elettrica il passaggio dell’informazione consiste nel trasferimento della corrente elettrica per mezzo di ioni che attraversano le membrane di due cellule contigue. Gli ioni passano attraverso canali specializzati non selettivi, le gap junction. Questo tipo di trasmissione è detto elettrotonico e avviene senza ritardo sinaptico  Trasmissione sinaptica Cellula Cellula Cellula Cellula presinaptica postsinaptica presinaptica postsinaptica Continuità Distanza tra membrane Componenti Fattore che Ritardo citoplasma cellulari pre e post ultrastrutturali opera la sinaptico tica sinaptiche trasmissione Canali delle Correnti Elettrica 3.5 nm SI giunzioni assente ioniche comunicanti Vescicole minimo presinaptiche Trasmettitori 0.3 ms, in e zone attive; di natura generale Chimica 20-40 nm NO recettori chimica 1-5 ms o postsinaptici più Il neurotrasmettitore utilizzato in questo tipo di sinapsi è l’acetilcolina ( ACh ) che attiva i recettori nicotinici (ionotropici). Di conseguenza si aprono canali ionici non selettivi che fanno passare ioni K e Na ++ generando un EPSP. L’EPSP viene detto potenziale di placca ed è sufficiente a generare un potenziale d’azione. Ogni potenziale d’azione in un motoneurone crea un potenziale d’azione in una fibra muscolare: Sinapsi eccitatoria obbligatoria Scossa e tetano