18/10/2018. Quale è poi il suo destino? Il recettore rimane attivato per sempre?

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1 Il neurotrasmettitore viene rilasciato dalla terminazione assonica (cellula pre-sinaptica) nello spazio o fessura sinaptica, dove si lega al recettore (nella cellula post-sinaptica) attivandolo. Quale è poi il suo destino? Il recettore rimane attivato per sempre? Alcuni neurotrasmettitori vendono demoliti da enzimi specifici che si trovano nella fessura sinaptica, altri vengono ri-catturati dalla terminazione pre-sinaptica Che cosa succederebbe se venissero inibiti questi meccanismi di eliminazione del neurotrasmettitore? Suddivisione anatomica generale del sistema nervoso Encefalo Midollo spinale 1

2 Tipi cellulari nel tessuto nervoso Concentrato per il 98% nel SNC Contiene due tipi di cellule: Neuroni Glia (astrociti, oligodendrociti etc.) È provvisto di vascolarizzazione Bottoni presinaptici Nel neurone esiste una monodirezionalità nella propagazione dell impulso nervoso (centripeta nei dendriti, centrifuga negli assoni), a causa della asimmetria delle sinapsi. 2

3 schema delle parti fondamentali del neurone dendrite soma o corpo cellulare (pirenoforo) Terminazioni sinaptiche Nodi di Ranvier nucleo con nucleolo assone o neurite guaina mielinica 3

4 Corpo cellulare o soma Morfologia variabile: Stellata (motoneuroni) Piramidale (corteccia cerebrale) Piriforme (Pukinje del cervelletto) Sferica (gangli sensitivi) Nucleo: Voluminoso, sferico od ovoidale, centrale chiaro (vuoto, vescicoloso), corrispondente all eucromatina (elevata attività trascrizionale) Nucleolo unico, voluminoso ed intensamente basofilo Mitocondri numerosi (anche nei prolungamenti) Golgi spesso di estensione considerevole Sostanza di Nissl: zolle basofile che si estendono ai dendriti (ma non all assone) reticolo endoplasmatico rugoso (elevata attività di sintesi proteica) Ribosomi numerosissimi Neurotubuli e neurofibrille aggregati di neurofilamenti di 10 nm Centrioli quasi sempre presenti (nonostante l assenza di mitosi) Corpi cellulari di neuroni colorati con un colorante basico (Nissl). E evidente la intensa colorazione del citoplasma (Zolle di Nissl o Zolle tigroidi), sede di intensa sintesi proteica. 4

5 Dendriti In genere multipli Emergono da vari punti del corpo cellulare Relativamente più brevi dell assone Si ramificano ripetutamente rimanendo nelle vicinanze del soma Contorno irregolare, spesso ricoperto di spine o gemmule Contengono tutti gli organuli (tranne il Golgi) Funzionalmente e morfologicamente espansioni del soma Assone mentre il numero di dendriti è variabile, tutti i neuroni possiedono un singolo assone istologicamente, il decorso dell assone è più difficile da seguire rispetto ai dendriti 5

6 Assone Presente in tutti i neuroni Di solito unico Presenta un citoplasma (assoplasma) contenente strutture citoscheletriche altamente specializzate Origina da una protrusione del soma detta cono di emergenza In genere più lungo e regolare dei dendriti Di solito non emette rami collaterali in vicinanza del soma ma si divide ripetutamente nel cosiddetto territorio di innervazione L assone manca della maggior parte degli organelli citoplasmatici, in particolare dei ribosomi che sono la sede della sintesi delle proteine. Come può rifornirsi di tutte le strutture necessarie? Ricordiamo che tutte le strutture cellulari vengono continuamente rinnovate 6

7 Bottoni presinaptici Perché tante ramificazioni terminali dell assone? Ogni neurone spesso innerva non un singolo bersaglio ma un gruppo di bersagli Alcuni esempi Ogni neurone motorio con le sue ramificazioni innerva diverse fibre muscolari (un intero muscolo è formato da numerosissime fibre muscolari ed è innervato da numerosi neuroni). Quando si richiede al muscolo molta forza tutti i neuroni che lo innervano vengono eccitati e tutte le fibre si contraggono Quando si richiede al muscolo poca forza pochi neuroni vengono eccitati e poche fibre si contraggono, ma non è possibile far contrarre soltanto una fibra, visto che ogni neurone innerva più di una fibra. (unità motoria) 7

8 Un neurone sensitivo con le sue ramificazioni innerva un area più o meno ampia della pelle che contiene numerosi recettori tattili. Un campo recettoriale rappresenta una parte dell organismo (in questo caso della pelle) innervata da un singolo neurone. Tutti gli stimoli applicati in quel campo recettoriale vengono percepiti allo stesso modo e non è possibile discriminare stimoli applicati a punti diversi dello stesso campo Il campo recettoriale rappresenta la superficie innervata da un singolo neurone L ampiezza del campo recettoriale è inversamente proporzionale alla capacità di discriminazione tattile: nei polpastrelli i campi dell ordine del millimetro, mentre sulla schiena i campi sono di decine di millimetri 8

9 Questo implica che ci siano molti neuroni dedicati alla sensibilità delle dita o delle labbra e pochi neuroni dedicati al dorso o alla coscia. Le stesse considerazioni valgono per il movimento: i movimenti di dita, labbra o lingua sono controllati più finemente che non quelli dell addome e quindi richiedono più unità motorie e più neuroni. Acuità tattile: la lunghezza delle linee indica la distanza tra due stimoli percepibili come distinti (es: nella coscia due contatti distanti 50 mm l uno dall altro vengono percepiti come un unico contatto, le dita distinguono contatti distanti pochi mm) (unilaterale) (unilaterale) Le diverse aree della corteccia sono dedicate a compiti specifici: l area sensitiva somatica, ad esempio riceve i segnali provenienti dal tatto, mentre l area motoria contiene i neuroni che inviano i segnali motori ai muscoli. La maggior parte delle funzioni sono disposte su entrambi gli emisferi. Soltanto le aree del linguaggio (comprensione e articolazione delle parole) si trovano soltanto in uno dei due emisferi (in genere quello sinistro). 9

10 Rappresentazione pittorica della superficie di corteccia motoria (in rosso) o sensitiva (in blu) dedicata alle diverse parti del corpo. Le labbra o le dita della mano risultano sproporzionatamente grandi a causa del gran numero di neuroni dedicati ai fini movimenti dell espressione del viso o alla grande sensibilità tattile delle labbra La superficie di corteccia sensitiva o motoria (e quindi il numero di neuroni) dedicata alle diverse pari del corpo non è proporzionale alla loro grandezza assoluta, ma alla precisione del senso tattile o del movimento. Quindi la faccia o le dita sono controllate, sia per il tatto che per il movimento, da aree molto più grandi che non il tronco, che pure è molto piu grande Nervo periferico 10

11 Un nervo periferico: numerosissimi assoni mielinizzati sono circondati da guaine connettivali per formare dei fasci di assoni. Numerosi fasci formano il nervo, a sua volta circondato da una guaina connettivale. Endonevrio, perinevrio e epinevrio sono i nomi dati alle diverse guaine. IL CERVELLO Abbiamo visto che il nostro cervello contiene circa 100 miliardi di neuroni ma le sua enorme complessità emerge meglio dal numero di sinapsi, cioè di collegamenti tra i neuroni. Si stima che il numero di sinapsi sia tra centomila miliardi e un milione di miliardi. Questo enorme numero di sinapsi indica che ogni neurone è collegato con moltissimi altri neuroni e quindi integra i segnali che gli provengono da una rete di informazioni gigantesca. 11

12 Sostanza grigia Sostanza bianca Il TELENCEFALO, costituito dai due emisferi, è il principale centro di raccolta dei segnali sensoriali. Qui i segnali vengono integrati con quelli provenienti da altre aree del corpo e con i dati della memoria e vengono elaborate le risposte che verranno inviate agli organi effettori. I corpi cellulari dei neuroni del telencefalo si trovano nella sostanza grigia della corteccia cerebrale, mentre la sostanza bianca contiene i prolungamenti neuronali mielinizzati che collegano le diverse aree e che comunicano con il midollo. A causa degli abbondanti solchi e circonvoluzioni la superficie della corteccia, e quindi il numero di neuroni, è molto grande, Abbiamo visto fino ad ora che il nostro corpo è in grado di rispondere agli impulsi sensitivi, che spesso emergono anche a livello cosciente, esercitando un controllo volontario dei muscoli scheletrici. Si parla quindi di un sistema nervoso del sistema nervoso VOLONTARIO, detto anche SOMATICO, in quanto controlla le attività più visibili del nostro corpo (SOMA, in greco = CORPO. Tuttavia le sensazioni coscienti, i progetti e le azioni volontarie sono solo una piccola parte delle funzioni del sistema nervoso. Il sistema nervoso AUTONOMO o VISCERALE controlla invece in modo automatico la attività degli organi interni, come ad esempio il cuore, le ghiandole, l intestino o i vasi sanguigni e la sua attività è necessaria per la sopravvivenza più di quella del sistema volontario. Pensiamo al caso di un malato privo di coscienza: le sue attività volontarie sono soppresse, pure può sopravvivere a lungo grazie alle attività del solo sistema autonomo. Del resto non siamo condannati a morire ogni volta ce ci addormentiamo, anche se nel sonno non siamo in grado di esercitare un controllo volontario delle funzioni vitali del corpo! 12

13 Il sistema nervoso autonomo è costituito da due sistemi complementari, il sistema SIMPATICO e il PARASIMPATICO. Il SIMPATICO (detto anche ORTOSIMPATICO) stimola il metabolismo, aumenta lo stato di allerta e prepara l individuo a condizioni di emergenza. Per questo viene definito sistema LOTTA o FUGGI. Il PARASIMPATICO ha funzioni opposte, riduce il consumo di energia, favorisce la digestione e il riposo. Per questo viene definito sistema FERMATI e RIPOSA Per comprendere bene la attività del SIMPATICO possiamo pensare a un gatto che incontra un cane aggressivo. Il gatto ha due alternative: fuggire o combattere. In ogni caso il gatto avrà bisogno di: Molto sangue ai muscoli e al cervello per migliori prestazioni, Battito cardiaco accelerato per pompare più sangue, Peli dritti per sembrare più grande e spaventare il cane, Pupille dilatate per vista più sensibile. Molto zucchero nel sangue per ricavare energia. Respirazione accelerata per avere più ossigeno Al contrario NON avrà bisogno di: Sangue all apparato digerente (per non sottrarlo ai muscoli), Digerire e controllare muscoli dell intestino, Stimolare le secrezioni salivari e intestinali, Fare l amore Urinare e defecare 13

14 La stimolazione del SIMPATICO quindi provoca vasodilatazione nei muscoli ma vacocostrizione nell intestino e nella pelle, accelerazione del battico cardiaco e dalla respirazione, dilatazione della pupilla, erezione dei peli, inibizione della attività intestinale, liberazione delle riserve di glucosio, inibizione della secrezione di saliva e succhi gastrici. Al contrario il PARASIMPATICO esercita le funzioni opposte. Per comprendere ancor meglio l effetto del simpatico pensate alle sensazioni che provate per un forte spavento Batticuore Affanno Pelle d oca (erezione dei peli) Bocca secca (inibizione della salivazione) Dopo il primo momento potrà comparire nausea (alterazione della digestione). In modo di dire farsela addosso dalla paura ha una sua ragione: terminata la fase acuta (si chiama STRESS) gli sfinteri si rilassano e si perde il controllo della vescica. PERCHÉ SI IMPALLIDISCE PER UNO SPAVENTO? Come abbiamo visto nel caso del gatto la situazione di emergenza richiede molto sangue ai muscoli e al cervello, per poter fornire più ossigeno e più zucchero alle cellule. Quindi il simpatico determina una dilatazione dei vasi sanguigni in quelle zone. Per poter dare più sangue a muscoli e cervello dobbiamo sottrarre sangue ad altri distretti che in quel momento non sono impegnati, quindi intestino e pelle. La pelle, riducendo il flusso di sangue, impallidisce! Naturalmente quella che abbiamo descritto è una situazione di estrema stimolazione del simpatico. Condizioni tipiche sono più blande e prevedono una stretta integrazione delle attività di simpatico e parasimpatico. 14

15 Dilatazione pupille SIMPATICO Inibizione secrezione salivare Aumento frequenza cardiaca Aumento frequenza respiratoria Inibizione peristalsi intestinale Liberazione riserva di glucosio Contrazione sfintere vescicale ALCUNE ATTIVITÀ DEL SIMPATICO GANGLI Neurotrasmettitore noradrenalina Contrazione delle pupille PARASIMPATICO Stimolazione ghiandole salivari Diminuzione frequenza cardiaca Diminuzione frequenza respiratoria Aumento peristalsi intestinale Aumento delle riserve di gucosio Rilassamento degli sfinteri ALCUNE ATTIVITÀ DEL PARASIMPATICO Neurotrasmettitore Acetilcolina Se riflettete su queste attività del parasimpatico vi renderete conto che rispecchiano quello che succede durante un riposino dopo pranzo! 15

16 PARASIMPATICO ACETILCOLINA DIGERISCI, FAI L AMORE E DORMI SIMPATICO ADRENALINA ALZATI E COMBATTI ALCUNE AZIONI DEL S.N. SIMPATICO Parasimpatico Simpatico Neurotrasmettitore Acetilcolina Adrenalina Pupilla Contrazione Dilatazione Salivazione Stimola Inibisce Battito cardiaco Rallenta Accelera Bronchi Contrae Dilata Attività gastrica Stimola Inibisce Muscolatura della vescica Contrae Rilassa Genitali esterni Stimola Inibisce Ora pensiamo al cuore: l acetilcolina lo rallenta (inibisce), ma abbiamo studiato che l acetilcolina è un neurotrasmettitore eccitatorio.??? 16

17 Na DEPOLARIZZAZIONE ACETILCOLINA K RECETTORE MUSCARINICO IPERPOLARIZZAZIONE 17

18 Lo stesso trasmettitore può svolgere azioni molto diverse ALCUNE AZIONI DELL ADRENALINA Stimola la dilatazione della pupilla Inibisce la salivazione Induce dilatazione dei bronchi Accelera il battito cardiaco Inibisce la attività gastrica Stimola di rilascio di glucosio dal glicogeno Provoca rilassamento della muscolatura della vescica Inibisce eccitazione dei genitali esterni Provoca vasodilatazione nei muscoli Provoca vasocostrizione cutanea Cellule della NEUROGLIA (dal greco gluo=colla) I neuroni e le cellule gliali, con l eccezione della microglia, derivano dalla piastra neurale dell embrione. La microglia, come le cellule del sangue, deriva dal midollo osseo NEUROGLIA INTERSTIZIALE: Astrociti oligodendrociti (oligodendroglia) Microglia NEUROGLIA EPITELIALE: ependima NEUROGLIA PERIFERICA: cellule di Schwann 18

19 Cellule della NEUROGLIA (dal greco gluo=colla) Gli astrociti formano una rete che avvolge le cellule e le fibre nervose riempiendo gli spazi interposti tra queste strutture ASTROCITI FIBROSI presenti nella sostanza bianca con pochi e diritti processi citoplasmatici ASTROCITI PROTOPLASMATICI presenti nella sostanza grigia con numerosi processi citoplasmatici molto ramificati Cellule della NEUROGLIA (dal greco gluo=colla) Funzione degli astrociti sostengono meccanicamente i neuroni (fibre amieliniche) regolano il bilancio e il flusso ionico (sodio e potassio) insieme alle cellule endoteliali dei capillari costituiscono la barriera ematoencefalica formano una cicatrice gliale in eventi patologici producono fattori di crescita per i neuroni (NGF) regolano il riassorbimento ( reuptake ) dei neurotrasmettitori partecipano alla sinapsi (tripartita) sono cellule presentanti l antigene (APC) e possono produrre molecole immunoinfiammatorie. 19

20 CELLULE DELLA GLIA 20

21 FUNZIONE DEGLI ASTROCITI sostengono meccanicamente i neuroni (fibre amieliniche) regolano il bilancio e il flusso ionico (sodio e potassio) insieme alle cellule endoteliali dei capillari costituiscono la barriera ematoencefalica formano una cicatrice gliale in eventi patologici producono fattori di crescita per i neuroni (NGF) regolano il riassorbimento ( reuptake ) dei neurotrasmettitori (GABA, glutammato, etc) sono cellule presentanti l antigene (APC) e possono produrre molecole immuno-infiammatorie. FORMAZIONE DELLA GUAINA MIELINICA NEL SNC Oligodendrociti (oligodendroglia) circondano i corpi cellulari dei neuroni del SNC e formano la guaina mielinica delle fibre nervose centrali Cellule di Schwann formano la guaina mielinica delle fibre nervose periferiche 21

22 Oligodendrociti (oligodendroglia) circondano i corpi cellulari dei neuroni del SNC e formano la guaina mielinica delle fibre nervose centrali Cellule di Schwann formano la guaina mielinica delle fibre nervose periferiche 22

23 Nervo periferico 23

24 Guaina mielinica Assone Nodo di Ranvier Citoplasma Nucleo Cellula di Schwann 24

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27 +40 mv - 60 mv SOGLIA Fino a quale distanza la depolarizzazione iniziale farà raggiungere il valore soglia per la apertura di nuovi canali e quindi genererà nuovi potenziali? P.soglia P. riposo Cattivo conduttore Buon conduttore Dipende dalla migliore o peggiore qualità di buon conduttore elettrico dell assone s Distanza µm Come questo influenza la velocità di conduzione dell impulso? Quali sono le caratteristiche che rendono migliore o peggiore un conduttore? Pensiamo al tubo per annaffiare: Un tubo di diametro maggiore offre meno resistenza Se il tubo ha le pareti bucherellate perde acqua Un buon conduttore offre meno resistenza (diametro maggiore) ed ha meno dispersioni (migliore isolamento) La guaina mielinica, con i suoi ripetuti avvolgimenti di membrane lipidiche (isolanti) riduce le dispersioni e migliora la qualità di conduttore dell assone 27

28 Un buon conduttore, riuscendo ad eccitare nuovi potenziali di azione a maggior distanza dal potenziale iniziale condurrà l impulso a maggio velocità- La guaina mielinica migliora la qualità di conduttore dell assone guaina mielinica La funzione della mielina è di aumentare considerevolmente la velocità di conduzione dell impulso nervoso Velocità di conduzione dell impulso nervoso in neuroni di mammiferi Tipo Diametro (µm) Velocità (m/s) Altamente mielinizzate Poco mielinizzate Non mielinizzate Assone gigante del Calamaro: 100 m/s, diametro 500 µm 28

29 MICROGLIA sono i macrofagi del SNC, negli stati patologici diventano mobili ed intervengono nei processi di difesa EPENDIMA E CELLULE DEI PLESSI CORIOIDEI (NEUROGLIA EPITELIALE) L EPENDIMA E UN EPITELIO CUBICO-CILINDRICO, IN PARTE CILIATO, CHE TAPPEZZA LE CAVITA DEI VENTRICOLI E DEL MIDOLLO SPINALE UNA SPECIALIZZAZIONE DELL EPENDIMA SONO I PLESSI CORIOIDEI, CHE SECERNONO IL LIQUIDO CEREBRO-SPINALE 29

30 LIQUIDO CEREBRO SPINALE CIRCOLA ATTRAVERSO LE CAVITA DEI VENTRICOLI CEREBRALI E DEL MIDOLLO SPINALE 90% ACQUA, POCHI LEUCOCITI, SCARSE PROTEINE, GLUCOSIO E SALI IN CONCENTRAZIONI SIMILI AL PLASMA Tessuto nervoso 30

31 Una radiografia che mostra il cervello di Homer Jay Simpson (e della maggior parte degli esseri umani di ambo i sessi) 31