Cellula nervosa e trasmissione dell’impulso Materia: Biologia Classe: IV Liceo Scientifico

Motivazione della scelta Questo argomento è importante in quanto i neuroni sono l’unità funzionale del sistema nervoso che presiede, regolandoli e coordinandoli, alle funzioni vitali, ai movimenti volontari del nostro corpo e a funzioni come pensare, decidere, elaborare ragionamenti e ricordare. E’ fondamentale capire come avviene la trasmissione dell’impulso nervoso lungo il neurone e la funzione e specificità dei diversi neurotrasmettitori per spiegare la comunicazione fra neuroni e come vengono trasmesse le informazioni ai muscoli e alle ghiandole. E’ così possibile dare una spiegazione alcune neuropatologie oggi note a tutti (demenze senili, morbo di Parkinson, còrea di Huntington e sindrome epilettica) e collegarsi ad argomenti di stretta attualità quali alcol e droghe (come sostanze psicoattive siano in grado di interagire con l’attività dei neurotrasmettitori). Si possono fare collegamenti interdisciplinari con inglese (utilizzo di siti multimediali) ed educazione civica (droga e alcol).

Momento del percorso formativo Questa unità didattica è inserita nel modulo “Studio del corpo umano: integrazione e controllo delle attività corporee”. E’ successiva all’unità didattica che tratta il sistema endocrino e precede la trattazione del sistema nervoso (anatomia e funzione).

Prerequisiti Elementi chimici e ioni Gradiente di concentrazione Conoscere le biomolecole Struttura cellulare Trasporto cellulare Giunzioni cellula-cellula Recettori di membrana Concetto di cellula differenziata Conduzione della corrente elettrica in un conduttore Concetti di tessuto, organo, apparato e sistema Uso del microscopio

Obiettivi didattici Struttura dei neuroni Funzione dei neuroni Suddivisione dei neuroni dal punto di vista funzionale Potenziale elettrico della membrana assonica Potenziale d’azione e propagazione dell’impulso nervoso Sinapsi e specificità dei neurotrasmettitori Educazione alla salute: principali neuropatologie

Obiettivi formativi Saper descrivere quali sono gli aspetti per cui i neuroni si differenziano dalle altre cellule Riconoscere il ruolo del sistema nervoso nel coordinamento di tutte le funzioni vitali Saper mettere in relazione le modificazioni della membrana assonica con la trasmissione dell’impulso nervoso Mettere in relazione l’uso delle sostanze psicoattive con i loro effetti sulla guida dei veicoli Individuare le possibili interazioni a carico del sistema nervoso, derivanti dall’uso di sostanze psicoattive

Metodologie Lezione frontale per spiegare e schematizzare i diversi argomenti che verranno analizzati. Attività di brainstorming, con la quale partendo da una parola o un tema, gli alunni esprimeranno il maggior numero di idee riguardo a quella parola o tema. Domande stimolo per verificare i prerequisiti e l’apprendimento in itinere. Creazione di una mappa concettuale alla fine dell’unità didattica così da avere un quadro riassuntivo dell’argomento (verranno messi in rilievo i concetti importanti e i collegamenti fra di loro). Lavoro di gruppo con il quale gli alunni divisi in gruppi effettueranno delle ricerche in internet dei dati relativi agli incidenti stradali avvenuti in Italia nell’ultimo anno e causati dall’abuso di sostanze alcoliche. Analisi di articoli in cui vengono presentate le principali droghe e i loro effetti (reperiti sulle riviste Focus e Newton). Visita di un laboratorio di neurogenetica in cui si svolgono ricerche sulle neuropatologie così da poter osservare colture cellulari e preparati di immunofluorescenza di neuroni di topo.

Multidisciplinarietà Strumenti didattici Libro di testo Lavagna Lavagna luminosa Computer Articoli tratti da riveste scientifiche Visita di istruzione Multidisciplinarietà Collaborazione con il docente di inglese Collaborazione con il docente di storia ed educazione civica Connessione con un ente privato (laboratorio di ricerca) esterno alla scuola

Creazione di una mappa concettuale Scansione temporale Ore Contenuto Attività 1 Il neurone Lezione frontale, brainstorming, domande stimolo Impulso nervoso e sua propagazione Sinapsi e neurotrasmettitori 2 Ricerca in internet Lavoro di gruppo Lettura articoli Lezione interattiva Una mattinata Visita di istruzione Ripasso Creazione di una mappa concettuale Verifica sommativa

Cellula nervosa o neurone Contenuti Cellula nervosa o neurone Unità morfologica e funzionale del sistema nervoso Cellula differenziata con la funzione di generare, condurre e trasmettere l’impulso nervoso Il neurone è quindi una cellula specializzata nel: ricevere segnali dall’ambiente esterno, interno e da altri neuroni integrare i segnali ricevuti trasmettere le informazioni ad altri neuroni, ai muscoli ed alle ghiandole

I neuroni hanno dimensioni molto variabili (da pochi micron ad un centinaio), perdono precocemente la capacità di dividersi; sono costituiti: da un corpo cellulare, soma, contenente i vari organelli e il nucleo dai dendriti, estensioni citoplasmatiche numerose e corte, insieme al soma ricevono gli stimoli da altre cellule; formano dunque il polo recettivo del neurone dall’assone, o neurite, lunga estensione citoplasmatica in grado di condurre un segnale elettrochimico (impulso nervoso) a grandi distanze; costituisce il polo trasmittente del neurone. E’ rivestito dalla guaina mielinica (formata dalla membrana plasmatica delle cellule di Schwann, è un isolante elettrico che accelera la conduzione degli impulsi nervosi)

Anche il neurone è costituito da una membrana cellulare che avvolge il citoplasma contenente vari organelli ed il nucleo. Sono presenti due strutture caratteristiche quali la sostanza tigroide e le neurofibrille Dal punto di vista funzionale distinguiamo 4 tipi diversi di neurone: Neuroni sensoriali ricevono le informazioni sensoriali e le trasmettono al SNC (cervello e midollo spinale) Interneuroni  trasmettono i segnali all’interno di regioni localizzate nel SNC Neuroni di associazione  trasmettono segnali da una regione all’altra del SNC Neuroni motori  trasmettono il segnale dal SNC agli effettori (muscoli e ghiandole)

I neuroni variano per forma e dimensioni: (A): i neuroni motori e di associazione hanno molti dendriti che si ramificano dal corpo cellulare e un lungo assone (B): gli interneuroni hanno un assone corto perché connettono tra loro neuroni vicini (C): i neuroni sensoriali hanno il corpo cellulare lungo l’assone

Impulso nervoso e sua propagazione La conduzione nervosa è associata a fenomeni elettrici. Esiste una differenza di carica elettrica tra l’interno e l’esterno del neurone: è chiamata potenziale di riposo e misura circa -70 mV. In seguito a una stimolazione si ha una momentanea inversione di polarità (interno carico positivamente ed esterno negativamente) detta potenziale d’azione. La propagazione del potenziale d’azione lungo la membrana del neurone è l’impulso nervoso. I neuroni si caratterizzano per una soglia di eccitabilità estremamente bassa. Eccitabilità, conducibilità e polarizzazione funzionale (l’impulso nervoso si muove cioè in un’unica direzione) caratterizzano la cellula nervosa

Potenziale di riposo, potenziale d’azione e ripolarizzazione:

Propagazione dell’impulso nervoso (A) Propagazione dell’impulso in una fibra amielinica. (B) Propagazione dell’impulso in una fibra mielinica. A cosa serve la guaina mielinica? Gli ioni Na+ e K+ possono entrare e uscire dall’assone solo a livello dei nodi: l’impulso salta da un nodo all’altro, aumentando la velocità di propagazione

Sinapsi: Sono giunzioni specializzate attraverso cui viaggiano gli impulsi nervosi da un neurone all’altro. Si suddivido in sinapsi elettriche (A) (solo nel cuore e nel tubo digerente) e in sinapsi chimiche (B) (con l’utilizzo dei neurotrasmettitori). Gli impulsi possono essere inibitori o eccitatori: ogni neurone riceve contemporaneamente migliaia di questi impulsi e l’informazione che trasmette è il risultato di tutti gli impulsi ricevuti.

Attività proposte alla classe per consolidare i concetti Neurotrasmettitori Esistono recettori specifici per i vari neurotrasmettitori; inoltre essi agiscono su regioni diverse del cervello con ruoli specifici. La perdita di particolari sinapsi o il loro mal funzionamento caratterizza varie neuropatologie (demenze senili, morbo di Parkinson, còrea di Huntington e sindrome epilettica) Esistono numerose sostanze, dette psicoattive, che interagiscono con l’attività dei nerurotrasmettitori (potenziando o inibendo la loro azione, o sostituendosi ad essi): psicofarmaci, caffeina, alcol, droghe. Attività proposte alla classe per consolidare i concetti Lavoro di gruppo: ricerche in internet dei dati relativi agli incidenti stradali avvenuti in Italia nell’ultimo anno e causati dall’abuso di sostanze alcoliche. Analisi di due articoli: “Tutta la verità sugli spinelli” Focus n. 114, aprile 2002 “Droga: le nuove risposte” Newton n. 11, novembre 2003 Visita di un laboratorio di neurogenetica in cui si svolgono ricerche sulle neuropatologie così da poter osservare colture cellulari e preparati di immunofluorescenza di neuroni di topo.

Verifiche Verifica formativa: controllo in itinere del processo di apprendimento; avverrà durante ogni lezione attraverso domande rivolte alla classe e attraverso la valutazione dei lavori di gruppo proposti. Verifica sommativa: controllo del profitto scolastico ai fini della valutazione; sarà una verifica scritta, graduata con esercizi di livello crescente e diversa tipologia (domande aperte, a risposta multipla, a completamento, quesiti con risposte vero o falso) in modo da permettere ad ogni alunno di esprimere le proprie capacità. Questa verifica è riferita agli obiettivi specifici così da valutare la conoscenza, l’uso di linguaggi specifici, l’osservazione di fenomeni e la verifica e formulazione di ipotesi. Verifica di recupero: verifica scritta o orale così da permettere agli alunni insufficienti di migliorare la loro valutazione.

Attività di recupero Autovalutazione Agli alunni verranno proposti lavori differenziati per livello di difficoltà in modo da permettere attività di recupero e consolidamento, così che tutti gli alunni raggiungano almeno gli obiettivi minimi (conoscere la struttura dei neuroni e loro funzione, saper descrivere quali sono gli aspetti per cui i neuroni si differenziano dalle altre cellule, conoscere alcuni termini semplici del linguaggio scientifico). Al termine di questa attività verrà svolta la verifica di recupero. Autovalutazione Qual è la percentuale di alunni che ha raggiunto almeno gli obiettivi minimi? Il lavoro di recupero ha aiutato alcuni alunni a chiarire i concetti e migliorare la loro valutazione? Quali possono essere i motivi per cui alcuni alunni non risultano ancora sufficienti? (Ad es. lacune pregresse; scarso impegno in classe e scarso studio a casa; il docente utilizza un linguaggio che risulta di difficile comprensione; l’argomento è stato trattato frettolosamente per cui alcuni alunni hanno faticato ad assimilare tutte le nozioni) La visita di istruzione è stata utile a consolidare i concetti trattati a scuola?