Relazione I/T Stimolo e Conduzione Nervosa PDF

RELAZIONE I/T DELLO STIMOLO E CONDUZIONE NERVOSA In questa sezione, esploreremo come la mielinizzazione influenzi la conduzione nervosa e come la relazione tra intensità e durata dello stimolo possa essere utilizzata per valutare lo stato di un nervo. La Mielinizzazione e la Conduzione Saltatoria...

RELAZIONE I/T DELLO STIMOLO E CONDUZIONE NERVOSA In questa sezione, esploreremo come la mielinizzazione influenzi la conduzione nervosa e come la relazione tra intensità e durata dello stimolo possa essere utilizzata per valutare lo stato di un nervo. La Mielinizzazione e la Conduzione Saltatoria Guaina Mielinica: La guaina mielinica aumenta la resistenza e riduce la capacità della membrana, accelerando la conduzione nervosa. Conduzione Saltatoria: Nelle fibre mieliniche, le cariche si propagano rapidamente da un nodo di Ranvier all'altro, attivandoli in sequenza. I nodi sono zone di rigenerazione del potenziale d'azione, mentre gli internodi sono zone di conduzione passiva. Bidirezionalità e Refrattarietà: La conduzione passiva è bidirezionale, ma il nodo precedente è in refrattarietà assoluta, impedendo la propagazione all'indietro. Demielinizzazione e Problemi di Conduzione Riduzione della Costante di Spazio: In caso di demielinizzazione estesa (che coinvolge più nodi), la costante di spazio si riduce, causando un'insufficiente depolarizzazione dei nodi successivi. Blocco della Conduzione: Se la porzione di membrana portata a soglia si riduce sotto la distanza internodale, la conduzione si interrompe. Valutazione dello Stato di Mielinizzazione: Stimolazione Transcutanea Un metodo non invasivo per valutare lo stato di mielinizzazione di un nervo consiste nell'applicare uno stimolo transcutaneo: 1. Applicazione di Elettrodi: Si utilizzano placchette metalliche poste sulla pelle sopra il nervo. 2. Stimolazione a Gradino: Si applicano gradini di corrente di intensità variabile. 3. Registrazione della Risposta: Si misura il tempo tra l'applicazione dello stimolo e la risposta nel nervo o nel muscolo. 4. Variazione della Durata dello Stimolo: Si può variare la durata dello stimolo per trovare quella minima necessaria per ottenere una risposta. Curva Intensità-Durata e Caratterizzazione della Membrana Curva Iperbolica: La relazione tra il tempo di risposta e l'intensità dello stimolo è descritta da una curva iperbolica, che riflette le proprietà di capacità della membrana. Effetto della Mielinizzazione: La mielinizzazione avvicina la curva all'asse delle ordinate. Effetto della Demielinizzazione: La demielinizzazione sposta la curva verso destra e verso l'alto, indicando una maggiore corrente necessaria per ottenere una risposta, dovuta alla dispersione di cariche. Parametri della Curva Intensità-Durata Reobase: L'intensità minima di corrente che genera una risposta quando applicata per una durata sufficiente (tipicamente 100-150ms). Cronassia: La durata minima dello stimolo necessaria per ottenere una risposta con una corrente  doppia della reobase. Questi due parametri sono sufficienti per caratt. la curva e valutare rapidamente lo stato del nervo. Conversione Corr./Freq.: Codifica dell'Intensità dello Stimolo Il sistema nervoso codifica l'intensità dello stimolo non variando l'ampiezza del potenziale d'azione ma modulandone la frequenza. Trasduzione dello Stimolo e Potenziale Graduato 1. Stimolo Sensoriale: Un recettore (es. cellula ciliata) rilascia neurotrasmettitore, depolarizzando il neurone del nervo. 2. Potenziale Graduato: Lo stimolo produce un potenziale graduato che si attenua lungo il dendrite. 3. Potenziale di Soglia e Potenziale d'Azione: Se il potenziale graduato raggiunge la zona trigger (dove sono presenti canali voltaggio-dipendenti) superando la soglia, vengono generati potenziali d'azione. 4. Durata dello Stimolo e Frequenza di Scarica: La durata dello stimolo è riflessa dalla durata della scarica dei potenziali d'azione, mentre l'ampiezza è codificata dalla frequenza di scarica. 5. Propagazione del Segnale: I potenziali d'azione si propagano lungo l'assone fino ai terminali sinaptici, dove attivano il rilascio di neurotrasmettitore. La Modulazione di Frequenza e la Risposta Muscolare Motoneuroni: Anche nei motoneuroni, una corrente stimolante induce una frequenza di scarica  proporzionale all'intensità della corrente. Risposta Muscolare: Più alta è la frequenza di scarica, maggiore è la forza prodotta dal muscolo. Meccanismi di Conversione: Refrattarietà Relativa La refrattarietà relativa è cruciale per la conversione corrente-frequenza: Inattivazione dei Canali al Sodio: Dopo un potenziale d'azione, i canali al sodio si inattivano e il neurone deve iperpolarizzarsi per ripristinare i canali. Resistenza e Soglia: Per depolarizzare nuovamente il neurone e portarlo alla soglia, è necessaria una certa corrente, proporzionale alla quantità di millivolt necessari per la depolarizzazione. Influenza della Durata dello Stimolo: Uno stimolo di breve durata può non innescare una scarica multipla di potenziali d'azione. Modulazione della Frequenza di Scarica Stimolo Reobase: Uno stimolo con l'intensità minima (reobase), genera una scarica con una frequenza dettata dalla durata dell'iperpolarizzazione postuma. Aumento della Corrente Stimolante: L'aumento della corrente permette di "uscire" dalla refrattarietà relativa più rapidamente, aumentando la frequenza di scarica. La refrattarietà relativa determina la durata massima dell'intervallo tra due potenziali d'azione e quindi il limite massimo della frequenza di scarica. Adattamento e Canali al Potassio Calcio-Dipendenti Frequenza Massima: La durata della refrattarietà relativa limita la frequenza massima di scarica. Canali al Potassio Calcio-Dipendenti: I neuroni che richiedono una modulazione di frequenza fine utilizzano questi canali. Il calcio, che entra insieme al sodio durante il potenziale d'azione, attiva questi canali. Iperpolarizzazione Prolungata: I canali al potassio calcio-dipendenti restano aperti finché il calcio viene rimosso dalla cellula, tramite pompe e scambiatori sodio-calcio. Riduzione della Frequenza: Durante la scarica, l'attivazione dei canali al potassio calcio-dipendenti si oppone alla depolarizzazione. Il neurone scarica nuovamente quando il potassio calcio- dipendente torna al livello di riposo (si disattivano i canali) e la corrente efficace raggiunge nuovamente la reobase. Sommazione dei Transitori di Calcio: Con ogni potenziale d'azione, il calcio si accumula, prolungando l'iperpolarizzazione. Adattamento: Questo fenomeno di sommazione delle correnti di potassio, che porta ad una graduale riduzione della frequenza di scarica, è l'adattamento, caratteristico sia delle vie sensoriali che di quelle motorie. LE SINAPSI: PUNTI DI CONTATTO E COMUNICAZIONE NEURALE Le sinapsi sono zone di contatto specializzate tra neuroni o tra neuroni e altri tipi di cellule (come ghiandole, fibre muscolari o cellule sensoriali). Esse rappresentano il fulcro della comunicazione nel sistema nervoso, permettendo lo scambio di informazioni e la modulazione dell'attività cellulare. Convergenza e Divergenza Sinaptica Convergenza: Un singolo neurone può ricevere informazioni da un elevato numero di sinapsi (anche fino a 100.000). Divergenza: Ogni neurone può formare un grande numero di connessioni sinaptiche (anche fino a 1.000). Localizzazione: Le sinapsi possono formarsi su diverse parti del neurone, come soma, dendriti e assoni. Tipologie di Sinapsi Le sinapsi possono essere classificate in diverse categorie: Giustapposizioni e Apposizioni: Zone di contatto diretto tra cellule, talvolta tramite giunzioni specializzate come i desmosomi. Gap Junction (Sinapsi Elettriche): Canali proteici che permettono il passaggio diretto di ioni tra cellule adiacenti. Sinapsi Chimiche: Utilizzano neurotrasmettitori per la comunicazione. Possono essere semplici (tipo I, eccitatorie; tipo II, inibitorie) o specializzate. Sinapsi Elettriche vs Sinapsi Chimiche Sinapsi Elettriche: Permettono una comunicazione rapida attraverso la continuità elettrica tra le cellule. Sinapsi Chimiche: La comunicazione avviene tramite neurotrasmettitori, non c'è continuità elettrica. Sinapsi Elettriche: Struttura e Funzione Continuità Citoplasmatica: La caratteristica principale è la continuità del citoplasma tra le cellule, garantita da giunzioni comunicanti dette gap junctions. Connessoni: Sono strutture proteiche formate da 6 subunità di connessine su ciascuna cellula, che formano un poro attraverso il quale passano gli ioni. Trasmissione Veloce: Le sinapsi elettriche permettono una trasmissione molto rapida, fondamentale in tessuti come il cuore e il muscolo scheletrico. Struttura Dettagliata delle Gap Junction Connessine: Sono le proteine transmembrana che formano i connessoni. Poro Intercellulare: I connessoni di due cellule adiacenti si allineano per formare un canale. Stato Aperto e Chiuso: La conformazione delle proteine determina se il canale è aperto o chiuso; la configurazione aperta è la più stabile. Chiusura in Condizioni Patologiche: In alcune condizioni, come l'infarto, le sinapsi elettriche possono chiudersi per evitare la propagazione di segnali nocivi. I domini extracellulari delle connessine di una cellula si associano a quelle dell’altra, mentre i terminali N e C rimangono sul versante intracellulare. Comportamento delle Cellule Connesse da Sinapsi Elettriche Esperimento su Sinapsi Motoria Gigante di Gambero: Inserendo elettrodi in entrambi i neuroni (pre- e post-sinaptico) si osserva che uno stimolo nel neurone presinaptico induce una risposta (graduata e potenziale d'azione) anche nel neurone post-sinaptico. Bidirezionalità: La conduzione dell'impulso è bidirezionale, per cui invertendo i neuroni stimolanti e registranti, il risultato non cambia. Esempi di Sinapsi Elettriche nel Mondo Animale Pesce Rosso: Utilizza sinapsi elettriche per una risposta di fuga rapida, attivando i motoneuroni dei muscoli della coda. Aplysia Californica: I motoneuroni che controllano il rilascio di inchiostro per difesa sono connessi da sinapsi elettriche, garantendo una risposta sincrona. Risposta Sincrona: La connessione elettrica fa sì che i potenziali d'azione si inneschino simultaneamente in tutti i neuroni connessi. Iperpolarizzazione: L'iperpolarizzazione di un singolo neurone "ruba" corrente anche dalle altre cellule connesse, bloccando i potenziali d'azione in tutte. Elettricamente le tre cellule si comportano come una sola. Sinapsi Elettriche nell'Ippocampo del Topo Neuroni del Giro Dentato: Due neuroni connessi da sinapsi elettriche rispondono in modo coordinato: quando il primo neurone viene depolarizzato, anche il secondo risponde con potenziali d'azione simili. Iperpolarizzazione: Se si iperpolarizza il primo neurone, anche il secondo viene iperpolarizzato, sebbene in misura minore, poiché solo parte della corrente passa attraverso la sinapsi. Circuiti Riverberanti e Sinapsi Elettriche Anelli Neuronali: I neuroni connessi in anello si stimolano ciclicamente. Frequenza di Scarica: La frequenza di scarica dipende dalla lunghezza del circuito. Più lungo è il circuito, minore è la frequenza. Blocco delle Sinapsi: L'octanolo, un bloccante delle sinapsi elettriche, può interrompere la scarica  periodica in questi circuiti. Sindrome di Charcot-Marie-Tooth e Ruolo Metabolico delle Gap-J Difetto nelle Cellule di Schwann: In questa sindrome, c'è un'alterazione del metabolismo delle cellule di Schwann, a causa della duplicazione di un gene di una connessina. Demielinizzazione: L'alterazione delle gap junction impedisce il corretto passaggio di metaboliti tra le membrane delle cellule di Schwann. Neuropatia Motoria: Ciò causa demielinizzazione, neuropatia motoria e trofia muscolare. SINAPSI CHIMICHE: COMUNICAZIONE MEDIATA DA NEUROTRASMETTITORI Le sinapsi chimiche sono giunzioni specializzate dove la comunicazione tra cellule nervose avviene attraverso il rilascio di neurotrasmettitori. A differenza delle sinapsi elettriche, non c'è continuità elettrica diretta tra le cellule, ma la trasmissione del segnale avviene tramite messaggeri chimici. Caratteristiche delle Sinapsi Chimiche  Spazio Extracellulare Ampio: Lo spazio tra la cellula presinaptica e postsinaptica è più ampio rispetto alle sinapsi elettriche. Assenza di Continuità Citoplasmatica: Non c'è continuità diretta di citoplasma tra le due cellule. Ritardo Sinaptico: La trasmissione del segnale è più lenta rispetto alle sinapsi elettriche, con ritardi che variano da 0.5 a 5 ms. Messaggio Chimico: La comunicazione avviene tramite il rilascio e la ricezione di neurotrasmettitori. Trasmissione Unidirezionale: La cellula presinaptica rilascia il neurotrasmettitore, e la cellula postsinaptica lo riceve e risponde. Depolarizzazione Presinaptica: L'attivazione della sinapsi richiede una depolarizzazione del terminale presinaptico. Segno della Risposta: La risposta postsinaptica (eccitatoria o inibitoria) dipende dal neurotrasmettitore e dal recettore, non dalla sinapsi stessa. La sinapsi di per se non cambia il segno. Passi Fondamentali della Trasmissione Sinaptica Chimica 1. Potenziale d'Azione Presinaptico: Un potenziale d'azione depolarizza il terminale presinaptico. 2. Ingresso di Calcio: La depolarizzazione induce l'ingresso di ioni calcio (Ca2+) nel terminale presinaptico. 3. Rilascio del Neurotrasmettitore: L'aumento della concentrazione di calcio innesca il rilascio di neurotrasmettitore nello spazio intersinaptico. 4. Potenziale Postsinaptico: Il neurotrasmettitore si lega ai recettori sulla cellula postsinaptica, generando un potenziale graduato eccitatorio o inibitorio. 5. Potenziale d'Azione Postsinaptico: Se il potenziale graduato postsinaptico raggiunge la soglia, si genera un potenziale d'azione. Classificazione delle Sinapsi Chimiche in Base alla Localizzazione Le sinapsi possono essere classificate in base alla localizzazione del contatto tra i neuroni: Sinapsi Asso-Assonica: Tra assone e assone. Sinapsi Asso-Dendritica: Tra assone e dendrite. Sinapsi Asso-Somatica: Tra assone e soma. Sinapsi Dendro-Dendritica: Tra dendrite e dendrite. Sinapsi Reciproca: Due neuroni si influenzano reciprocamente. Sinapsi in Serie: Più sinapsi in sequenza. Di solito le sinapsi inibitorie sono asso-somatiche, mentre quelle eccitatorie sono asso-dendritiche. Classificazione in Base alla Struttura Sinapsi di Tipo I: Eccitatorie. Membrana postsinaptica ispessita e unica. Vescicole sferiche. Sinapsi di Tipo II: Inibitorie. Membrane pre- e postsinaptiche suddivise in più segmenti attivi. Vescicole ellittiche. Struttura della Sinapsi Chimica Bottone Sinaptico: La terminazione presinaptica dell'assone. Recettori Postsinaptici: Proteine sulla membrana postsinaptica che si legano al neurotrasmettitore. Mitocondri: Forniscono energia per il rilascio delle vescicole. Trasporto Assonale e Riciclo dei Neurotrasmettitori Produzione nel Soma: I neurotrasmettitori sono prodotti principalmente nel soma e trasportati lungo l'assone. Trasporto Anterogrado e Retrogrado: L'assone è una via di trasporto per molecole dal soma al bottone e dal bottone al soma (riciclo del neurotrasmettitore). Sopravvivenza dell'Assone: La sinapsi dipende dall'integrità dell'assone; se questo degenera, la sinapsi non funziona, ma se il soma sopravvive, l'assone può rigenerarsi. Ruolo dei Recettori di Membrana e Ingresso di Calcio Recettori: I neurotrasmettitori si legano ai recettori della membrana postsinaptica. Canali Voltaggio-Dipendenti: Sono presenti, ma non sono responsabili del rilascio del neurotrasmettitore. Ingresso di Calcio: L'ingresso di ioni calcio (Ca2+) nel bottone sinaptico è il fattore determinante per il rilascio di neurotrasmettitori. Studio dell'Assone di Calamaro Gigante Blocco dei Canali al Sodio: Bloccando i canali al sodio voltaggio-dipendenti con TTX, la corrente presinaptica non è più autorigenerativa. Si può osservare che la depolarizzazione presinaptica diventa insufficiente a indurre il rilascio del neurotrasmettitore.  Soglia: Si definisce una soglia di depolarizzazione presinaptica (circa 40 mV) sotto la quale il potenziale postsinaptico non si sviluppa. Blocco dei Canali al Potassio: Bloccando i canali al potassio con TEA, si ottiene una depolarizzazione esponenziale, dimostrando la presenza di correnti opposte dovute ai canali del potassio. Dimostrazione del Ruolo del Calcio Depolarizzazione Postsinaptica: Con canali del sodio e potassio bloccati, si osserva comunque un potenziale postsinaptico, legato ad un altro fattore non legato al Na e K. Proteina Fotosensibile al Calcio (Leporina): L'iniezione di leporina, una proteina che emette luce quando si lega al calcio, ha dimostrato che l'aumento della depolarizzazione presinaptica aumenta l'ingresso di calcio. Tecnica del Voltage-Clamp: Ha evidenziato la presenza di correnti di calcio entranti nel bottone sinaptico. Meccanismo di Esocitosi del Neurotrasmettitore 1. Potenziale d'Azione Presinaptico: L'arrivo di un potenziale d'azione al terminale presinaptico. 2. Ingresso di Calcio: Apertura dei canali voltaggio-dipendenti al calcio e afflusso di Ca2+. 3. Interazione Proteica: Il calcio interagisce con un complesso proteico situato tra la membrana cellulare e quella delle vescicole contenenti il neurotrasmettitore. 4. Fusione delle Membrane: Il legame del calcio innesca la fusione tra la membrana della vescicola e la membrana cellulare. 5. Esocitosi: Rilascio del neurotrasmettitore nello spazio intersinaptico. 6. Legame ai Recettori Postsinaptici: Il neurotrasmettitore si lega ai recettori sulla membrana postsinaptica che sono canali neurotrasmettitore-dipendenti. 7. Apertura dei Canali: Il legame apre i canali, permettendo il passaggio di ioni (Na+, Cl- o K+), e genera depolarizzazione o iperpolarizzazione a seconda dello ione che passa. Il neurotrasmettitore  si stacca dal canale e viene degradato. La Natura della Risposta Postsinaptica La natura della risposta postsinaptica (depolarizzazione o iperpolarizzazione) dipende dal tipo di recettore e di ione che passa attraverso i canali attivati dal neurotrasmettitore. Quantizzazione del Rilascio di Neurotrasmettitore Quantizzazione: Il rilascio del neurotrasmettitore è quantizzato, ovvero avviene in pacchetti corrispondenti al contenuto di una singola vescicola. Risposte Multiple: La risposta postsinaptica è spesso un multiplo del potenziale generato dal rilascio del contenuto di una singola vescicola. Ampiezza Minima: Studiando la risposta postsinaptica a stimoli ripetuti, si osserva che l'ampiezza dei potenziali si raggruppa attorno a multipli di un valore minimo, corrispondente al rilascio di una singola vescicola (es. 0,4 mV). Complesso Proteico per la Fusione delle Membrane La fusione tra membrana presinaptica e membrana delle vescicole richiede l'interazione di diverse proteine: Sinaptobrevina: Proteina sulla vescicola sinaptica. Sintaxina e SNAP-25: Proteine sulla membrana cellulare presinaptica. Calcio: Interagisce con queste proteine, facilitando la fusione. Tossine: Diverse tossine possono interferire con queste proteine, bloccando il rilascio di neurotrasmettitori.