Neuroni PDF

NEURONI Un uomo possiede 100-150 miliardi di neuroni. Alla nascita ne abbiamo di più, poi pian piano li perdiamo. NEURONI I neuroni sono le cellule fondamentali del sistema nervoso, specializzate nella trasmissione di informazioni sotto forma di segnali elettrici e chimici. Sono responsabili di t...

NEURONI Un uomo possiede 100-150 miliardi di neuroni. Alla nascita ne abbiamo di più, poi pian piano li perdiamo. NEURONI I neuroni sono le cellule fondamentali del sistema nervoso, specializzate nella trasmissione di informazioni sotto forma di segnali elettrici e chimici. Sono responsabili di tutte le funzioni cognitive, motorie e sensoriali, nonché della regolazione delle attività involontarie come la respirazione e il battito cardiaco. I neuroni ricevono segnali attraverso i dendriti, li elaborano nel corpo cellulare, li conducono lungo l'assone e li trasmettono tramite i terminali sinaptici ad altre cellule. STRUTTURA DEL NEURONE Possiamo riconoscere quattro elementi funzionali/strutturali essenziali: 1. Dendriti (elemento d’ingresso) I dendriti sono estensioni ramificate del corpo cellulare del neurone, che ricevono segnali da altri neuroni tramite le sinapsi. Funzione: riceve l’informazione e la trasmette in impulsi elettrici al corpo cellulare. 2. Corpo cellulare (elemento integrativo) Il corpo cellulare è la parte centrale del neurone che contiene nucleo e organelli. Funzione: integra i segnali ricevuti dai dendriti e decide se generare o meno un potenziale d’azione. 3. Assone (elemento di conduzione) L’assone è una lunga proiezione che parte dal corpo cellulare e trasmette il segnale elettrico verso gli altri neuroni. Funzione: condurre il potenziale d’azione dal corpo cellulare fino ai terminali sinaptici. 4. Terminali post-sinaptici (elemento d’uscita) I terminali sinaptici sono le estremità dell’assone che entrano in contatto con gli altri neurone/cellule. Funzione: trasmettere il segnale al neurone successivo mediante il rilascio dei neurotrasmettitori. 84 SINAPSI Le sinapsi sono strutture specializzate che consentono la comunicazione tra due neuroni o tra un neurone e un'altra cellula bersaglio. Rappresentano il punto di connessione dove il segnale nervoso viene trasmesso da una cellula all'altra. La sinapsi è costituita da 3 elementi principali: - Zona presinaptica: neurone che trasmette il segnale. Questo viaggia lungo l’assone fino ai terminali sinaptici, dove avviene il rilascio di neurotrasmettitori. - Spazio sinaptico: sottile fessura tra neurone pre-sinaptico post-sinaptico, attraverso cui si diffondono i neurotrasmettitori. - Membrana post-sinaptica: neurone che riceve il segnale. Sulla sua membrana ci sono specifici recettori che legano i neurotrasmettitori, innescando una risposta. CLASSIFICAZIONE DEI NEURONI FUNZIONE Un altro modo per classificare le cellule nervose si basa sulla funzione svolta. Si distinguono in tal caso tre gruppi principali di neuroni: - Neuroni sensoriali o afferenti: portano le informazioni riguardanti la percezione e la coordinazione motoria, dalla periferia al SNC. - Motoneuroni: fanno parte dell’ultima tappa dell’esecuzione motoria volontaria, portano ordini dal cervello o dal midollo spinale ai muscoli e all’apparato ghiandolare. (contrazione dei muscoli, cambiamento dell’attività della ghiandola, rilascio di ormoni). - Interneuroni: ricevono i segnali dai neuroni sensoriali, li rielaborano e li inviano. Sono divisi in due classi: o Interneuroni di ritrasmissione o protezione: possiedono lunghi assoni e trasmettono informazioni a grandi distanze. o Interneuroni locali: hanno assoni brevi e rielaborano informazioni all’interno di circuiti locali. 85 MORFOLOGIA Cajal fu anche uno dei primi a rendersi conto che la caratteristica che più distingue un neurone dall’altro è la sua forma. A seconda della forma i neuroni vengono distinti in 3 gruppi: - Unipolari: hanno una singola ramificazione, che dopo aver lasciato il corpo cellulare si estende in due direzioni: o polo recettivo (zona di ingresso) o zona di uscita del segnale. Sono preponderanti nel sistema nervoso degli invertebrati. - Bipolari: ha un corpo ovoidale che dà origine a due processi: o Dendrite, che porta le informazioni dalla periferia al corpo cellulare o Assone, che porta le informazioni al SNC Si trovano nei sistemi sensoriali, retina e sistema olfattivo. - Multipolari: sono dotati di molti dendriti e un singolo assone. La maggior parte dei neuroni del cervello sono multipolari. Possono essere molto variabili in lunghezza dell’assone, numero e lunghezza dei dendriti. 86 TEORIA DEL NEURONE TEORIA DEL NEURONE (CAJAL) Secondo la teoria del neurone di Ramon Cajal, il cervello è composto da neuroni distinti e cellule indipendenti metabolicamente, strutturalmente e funzionalmente. L’informazione è trasmessa da neurone a neurone attraverso le sinapsi (soluzioni di continuità). Inoltre, scoprì che dai neuroni che si organizzano in circuiti dipende la psiche. METODO DI IMPPREGNAZIONE ARGENTEA (GOLGI) Questo metodo è stato introdotto da Golgi ed è ancora oggi in uso e possiede due vantaggi: - La soluzione d’argento colora solo l’1% delle cellule presenti in una zona di tessuto, ciò permette la visualizzazione di singole cellule separatamente da quelle vicine circostanti. - La cellula nervosa che si colora si impregna tutta per tutta la sua estensione compresi corpo cellulare, assone e arborizzazione dendritica. PRINCIPI FONDAMENTALI DELL’ORGANIZZAZIONE CEREBRALE Attraverso questa colorazione R, Cajal riuscì ad intuire due principi fondamentali dell’organizzazione cerebrale: 1. Il principio della polarizzazione dinamica: il messaggio nervoso viaggia sempre in una sola direzione. Il messaggio nervoso si muove dalle zone di ricezione verso la zona di innesco dell’assone, da qui per tutta la lunghezza dell’assone fino alle terminazioni presinaptiche. 2. Il principio della specificità delle connessioni: le cellule nervose non si connettono indifferentemente formando reti casuali. Ogni cellula stabilisce connessioni specifiche solo con particolari cellule bersaglio post-sinaptiche e non con altre. 87 POTENZIALE DI MEMBRANA Il potenziale di membrana è la differenza di carica elettrica tra l'interno e l'esterno di una cellula. - Potenziale a riposo: l'interno è negativo rispetto all'esterno, grazie alla distribuzione di ioni come sodio e potassio. - Potenziale d'azione: quando la cellula è stimolata, gli ioni sodio entrano, causando una breve inversione della carica che invia il segnale. Dopo, la cellula ripristina il suo stato iniziale, riportando l'interno negativo. POTENZIALE DI MEMBRANA A RIPOSO Il potenziale di membrana è una differenza di carica elettrica tra l'interno e l'esterno della membrana plasmatica di un neurone. È fondamentale per la trasmissione dei segnali nervosi ed è generato e mantenuto grazie alla distribuzione degli ioni ( Na+, K+, Cl- ) attraverso la membrana cellulare. Quando un neurone è a riposo sulla faccia esterna della membrana vi è un eccesso di cariche positive, mentre all’interno vi è un eccesso di cariche negative. La differenza del potenziale elettrico di una cellula a riposo dipende da due fattori: 1. Distribuzione asimmetrica degli ioni elettricamente carichi sulle due facce della membrana: a. ioni sodio (Na+) e potassio (K+) carichi positivamente b. amminoacidi carichi negativamente 2. Permeabilità selettiva della membrana: è più permeabile allo ione K+, permettendogli di fuoriuscire più facilmente rispetto allo ione Na+. Il potenziale di riposo è il valore di potenziale elettrico che una cellula mantiene quando non è eccitata. Nei neuroni, il potenziale di riposo è generalmente compreso tra -60 e -70 mV (negativo rispetto all’esterno). Quando il neurone è a riposo, i canali del potassio (K⁺) sono aperti, permettendo al K⁺ di fuoriuscire dalla cellula. Man mano che il potassio lascia l'interno della cellula, si accumula una nuvola di cariche negative sulla faccia interna della membrana, che non viene neutralizzata. L'ineguale distribuzione degli ioni positivi tra i due lati della membrana viene mantenuta grazie a una proteina di membrana, la pompa sodio-potassio, che trasporta il Na⁺ fuori dalla cellula e il K⁺ all'interno. 88 POTENZIALE SINAPTICO Il potenziale sinaptico è un segnale graduato la cui ampiezza dipende dalla quantità di neurotrasmettitore rilasciato. Esso è una variazione locale del potenziale di membrana che si propaga passivamente lungo il neurone. Tuttavia, il segnale non supera il segmento iniziale dell’assone, a meno che non dia origine a un potenziale d’azione. POTENZIALE D’AZIONE Il potenziale d'azione è un rapido cambiamento del potenziale di membrana che permette la trasmissione del segnale lungo l’assone del neurone. Segue il principio del tutto o nulla: se il segnale supera la soglia (-55 mV), si genera sempre lo stesso potenziale d'azione; al contrario, i segnali sotto la soglia non producono alcun effetto. Cono d’Emergenza Il potenziale d'azione si origina nel cono d'emergenza, la zona d'innesco in cui si sommano i potenziali sinaptici provenienti dai segnali di ingresso. Se la somma di questi segnali supera la soglia di attivazione, viene generato un potenziale d'azione che si propaga lungo l’assone. I canali per il sodio voltaggio-dipendenti Il potenziale d’azione è innescato dall’aumento della permeabilità al Na+, portando il potenziale di membrana vicino a +40 mV. Successivamente, il processo di inattivazione dei canali del Na+ provoca un aumento della permeabilità al K+, permettendo la fuoriuscita di ioni potassio e il ripristino del potenziale di riposo. 3 fasi: - Depolarizzazione: si aprono i canali del sodio, Na+ entra nella cellula, rendendola positiva. - Ripolarizzazione: si aprono i canali del potassio, K+ entra nella cellula, riportandola a valori negativi - Iperpolarizzazione: l’interno diventa temporaneamente più negativo, poi torna la potenziale di riposo, grazie alla pompa sodio-potassio. 89 CONDUZIONE DELL’IMPULSO NERVOSO L’impulso nervoso si propaga lungo l'assone come una reazione a catena. La velocità di conduzione varia tra 1 m/s e 100 m/s. Durante la propagazione, il potenziale d’azione non si riduce di ampiezza poiché si rigenera periodicamente. L’impulso viaggia in un’unica direzione, dal cono d’emergenza verso le terminazioni dell'assone. VELOCITÀ DI CONDUZIONE La velocità di conduzione dipende dal diametro dell'assone e dalla presenza della guaina mielinica. Gli assoni amielinici conducono lentamente, mentre quelli mielinici conducono più velocemente grazie alla conduzione saltatoria. La guaina mielinica agisce come isolante, costringendo il segnale a "saltare" tra i nodi di Ranvier, accelerando la conduzione. MIELINA La mielina è una guaina che avvolge gli assoni, formata dagli oligodendrociti nel sistema nervoso centrale e dalle cellule di Schwann nel sistema nervoso periferico. La guaina mielinica è costituita per il 70% da lipidi e per il 30% da proteine. Il processo di formazione della mielina è detto mielinizzazione. Alterazioni di questo processo possono provocare gravi malattie che compromettono la conduzione di segnali nervosi, come la sclerosi multipla, la sindrome di Guillain-Barrè e la malattia di Charcot – Marie – Tooth (tipo A). SCLEROSI MULTIPLA La sclerosi multipla è una malattia infiammatoria cronica demielinizzante che colpisce il sistema nervoso centrale. La perdita di mielina rallenta la velocità di conduzione (scende a 5 m/s) e provoca la formazione di placche. Quadro clinico: problemi a - Vista - Coordinazione - Forza muscolare - Sensibilità - Linguaggio - Funzioni cognitive 90 ASSONE L’assone è la struttura specializzata per la trasmissione dei segnali d’uscita. Gli assoni possono ramificarsi, formando collaterali assoniche, e terminano con sinapsi che connettono il neurone a cellule bersaglio. TRASPORTO ASSONALE All’interno dell’assone vengono trasportate diverse molecole, alcune ad un ritmo “lento” altre in modo “rapido”. Il movimento assonale avviene grazie ad alcune strutture che costituiscono il citoscheletro e ad alcune proteine associate (chinesine) I neurotrasmettitori vengono sintetizzate nel pirenoforo, ovvero nel cuore del nucleo dove può avvenire la sintesi proteica. Poi alcuni di questi neurotrasmettitori vengono modificati e inseriti in vescicole, per essere poi portati fino alla terminazione assonica. CITOSCHELETRO NEURONALE Il citoscheletro della cellula neuronale è costituito da: - Microtubuli: costituiti da α e β tubulina. - Neurofilamenti: le proteine che li costituiscono appartengono alla famiglia delle citocheratine. - Microfilamenti: sono costituiti d’actina. I microtubuli e i filamenti di actina fungono da corsie lungo le quali passano diversi organuli e proteine cellulari. Gli organuli subcellulari si muovono rapidamente lungo l’assone, mentre le proteine del citoscheletro e del citosol vengono trasportate più lentamente. 91 SINAPSI Quando un potenziale d’azione arriva alla terminazione dell’assone determina la liberazione di un neurotrasmettitore. Neurotrasmettitori: L-Glutammato, acetilcolina (piccole molecole) encefaline (polipeptidi) I neurotrasmettitori sono contenuti in organuli subcellulari delle vescicole sinaptiche e avanzano sino alle terminazioni presinaptiche TRASMISSIONE DEL NEUROTRASMETTITORE La trasmissione di un neurotrasmettitore da una sinapsi all’altra avviene in 8 fasi: 1. Il potenziale d’azione si propaga fino alla terminazione sinaptica 2. I canali del calcio presenti sulle terminazioni vengono attivati dal voltaggio, favorendo l’ingresso di ioni Ca++. 3. Il Ca++ induce le vescicole sinaptiche a fondersi con la membrana presinaptica. 4. La fusione determina l’esocitosi (uscita del neurotrasmettitore nello spazio intersinaptico). Le vescicole sinaptiche vengono riciclate. 5. La quantità di neurotrasmettitore che viene liberata dipende dalla quantità di Ca++ è che entra nella cellula nel corso del potenziale d’azione. 6. Le molecole di neurotrasmettitore si lega a specifici recettori sulla membrana post-sinaptica. 7. Il legame del neurotrasmettitore col recettore determina l’apertura dei canali ionici della membrana post-sinaptica (potenziale di membrana post-sinaptico). 8. Il neurotrasmettitore è inattivato e viene rimosso velocemente dalla fessura sinaptica. 2 tipi di trasmissione, che dipende dal tipo di neurotrasmettitore: - Eccitatoria: aprono i canali per il sodio. - Inibitoria: aprono i canali per il cloro. Se entra tanto cloro si crea un potenziale sinaptico di -70 mV ⇒ il neurone è inibito. 92 NEUROTRASMETTITORI I neurotrasmettitori sono messaggeri chimici essenziali per la comunicazione tra i neuroni. Per essere riconosciuti come tali, devono soddisfare quattro criteri fondamentali: 1. Sintesi: Il neurotrasmettitore deve essere sintetizzato dal neurone. 2. Presenza e rilascio: Deve essere presente nella terminazione presinaptica e rilasciato per esercitare la sua azione su un neurone postsinaptico. 3. Effetto esogeno: Se introdotto dall'esterno (ad esempio, come farmaco), deve riprodurre l'azione del neurotrasmettitore endogeno. 4. Smaltimento: Deve esistere un meccanismo specifico per il suo smaltimento. CLASSIFICAZIONE DEI NEUROTRASMETTITORI Il sistema nervoso utilizza due grandi classi di sostanze chimiche per trasmettere i messaggi: - Neurotrasmettitori a basso peso molecolare - Peptidi neuroattivi NEUROTRASMETTITORI A BASSO PESO MOLECOLARE Questa categoria include diverse molecole con specifici enzimi di biosintesi, tra cui: - Acetilcolina: Sintetizzata dall’enzima colin-acetiltransferasi, è il neurotrasmettitore usato dai motoneuroni del midollo spinale e delle giunzioni neuromuscolari. - Amine biogene: Dopamina, norepinefrina, epinefrina, serotonina e istamina. Questi neurotrasmettitori svolgono un ruolo cruciale in diverse condizioni neurologiche e mentali (depressione, schizofrenia, morbo di Parkinson, tossicodipendenze). - Aminoacidi: Il GABA (derivato dal glutammato), la glicina e il glutammato. Il GABA e la glicina sono inibitori, mentre il glutammato è eccitatorio. PEPTIDI NEUROATTIVI I peptidi neuroattivi comprendono più di 50 polipeptidi attivi farmacologicamente. Essi agiscono come ormoni e come veri e propri neurotrasmettitori, influenzando la percezione del dolore e la risposta agli stati di stress. 93 Le principali famiglie di peptidi neuroattivi includono: - Oppioidi: Encefaline, dinorfine e altri. - Peptidi neuroipofisari: Vasopressina e ossitocina. - Tachichinine. - Secretine: glucagone. - Insuline e fattori insulino-simili. - Somatostatine. - Gastrine. MIASTENIA GRAVIS La miastenia gravis è una sindrome autoimmune caratterizzata dalla presenza di anticorpi specifici contro il recettore nicotinico per l’acetilcolina (ACh). Questa alterazione riduce il numero di recettori funzionanti e compromette la trasmissione sinaptica, causando debolezza muscolare. Quadro clinico: - Sintomi principali: Debolezza muscolare che peggiora con l'attività e migliora con il riposo. - Muscoli colpiti: Occhi (diplopia), muscoli facciali, muscoli della masticazione, della deglutizione e della respirazione. - Crisi miastenica: Può causare una paralisi generalizzata e richiedere ventilazione assistita. Diagnosi: - Presenza di anticorpi: Gli anticorpi contro i recettori dell’ACh sono rilevabili nel siero dei pazienti. - Produzione di anticorpi: I linfociti B dei pazienti producono anticorpi contro il recettore dell’ACh. Cause: Le ipotesi principali sull’origine della miastenia gravis includono: 1. Infezioni virali: Le infezioni virali possono modificare le membrane delle cellule, rendendole immunogeniche. 2. Mimetismo molecolare: Agenti virali e batterici possono contenere epitopi simili a quelli del recettore per l'ACh, inducendo la produzione di anticorpi crociati. 94 Prognosi: - Remissione farmacologica: I sintomi scompaiono con i farmaci, ma il trattamento deve continuare. - Remissione completa: I sintomi scompaiono e il trattamento può essere sospeso. Terapia: Il trattamento della miastenia gravis è suddiviso in: - Terapia sintomatica: Uso di farmaci anticolinesterasici per migliorare la conduzione nervosa. - Terapia causale: Uso di corticosteroidi e immunosoppressori per ridurre la risposta immunitaria. - Trattamenti di emergenza: Plasmaferesi e somministrazione di gamma-globuline endovenose. - Terapia chirurgica: Asportazione del timo in caso di timoma. 95