Anatomia e Fisiologia della giunzione neuromuscolare

La giunzione neuromuscolare La placca neuromuscolare è il contatto tra il terminale della fibra nervosa e la fibra muscolare. Normalmente per ogni fibra muscolare vi è una sola placca nella zona intermedia tra l’origine e l’inserzione della fibra. Il 2-3% delle fibre può avere anche 2-3 placche.

La giunzione neuromuscolare A livello muscolare l’assone motorio si suddivide in sottili ramuscoli del diametro di circa 2 micron. Ciascun ramuscolo forma rigonfiamenti multipli chiamati bottoni presinaptici che sono coperti da un sottile strato di cellule di Schwann. I bottoni si posano su una regione specializzata della membrana muscolare, la placca, e sono separati dalla membrana muscolare da uno “spazio sinaptico” di circa 100 micron. Ciascun bottone presinaptico contiene mitocondri e vescicole sinaptiche raggruppate attorno alle cosiddette zone attive, dove viene liberato il neurotrasmettitore. Immediatamente sotto ciascun bottone nella placca ci sono numerose pieghe giunzionali, che contengono alla sommità un’elevata concentrazione di recettori per l’Ach. La fibra muscolare è coperta da uno strato di connettivo, la membrana basale o lamina basale, costituita da collageno e glicoproteine. Sia il terminale presinaptico che la fibra muscolare secernono proteine nella membrana basale, tra cui l’enzima acetilcolinesterasi. La membrana basale organizza anche la sinapsi allineando i bottoni presinaptici con le pieghe giunzionali post-sinaptiche.

La giunzione neuromuscolare A livello muscolare l’assone motorio si suddivide in sottili ramuscoli del diametro di circa 2 micron. Ciascun ramuscolo forma rigonfiamenti multipli chiamati bottoni presinaptici che sono coperti da un sottile strato di cellule di Schwann. I bottoni si posano su una regione specializzata della membrana muscolare, la placca, e sono separati dalla membrana muscolare da uno “spazio sinaptico” di circa 100 nm. Ciascun bottone presinaptico contiene mitocondri e vescicole sinaptiche raggruppate attorno alle cosiddette zone attive, dove viene liberato il neurotrasmettitore. Immediatamente sotto ciascun bottone nella placca ci sono numerose pieghe giunzionali, che contengono alla sommità un’elevata concentrazione di recettori per l’Ach. La fibra muscolare è coperta da uno strato di connettivo, la membrana basale o lamina basale, costituita da collageno e glicoproteine. Sia il terminale presinaptico che la fibra muscolare secernono proteine nella membrana basale, tra cui l’enzima acetilcolinesterasi. La membrana basale organizza anche la sinapsi allineando i bottoni presinaptici con le pieghe giunzionali post-sinaptiche.

A livello muscolare l’assone motorio si suddivide in sottili ramuscoli del diametro di circa 2 micron. Ciascun ramuscolo forma rigonfiamenti multipli chiamati bottoni presinaptici che sono coperti da un sottile strato di cellule di Schwann. I bottoni si posano su una regione specializzata della membrana muscolare, la placca, e sono separati dalla membrana muscolare da uno “spazio sinaptico” di circa 100 nm. Ciascun bottone presinaptico contiene mitocondri e vescicole sinaptiche raggruppate attorno alle cosiddette zone attive, dove viene liberato il neurotrasmettitore. Immediatamente sotto ciascun bottone nella placca ci sono numerose pieghe giunzionali, che contengono alla sommità un’elevata concentrazione di recettori per l’Ach. La fibra muscolare è coperta da uno strato di connettivo, la membrana basale o lamina basale, costituita da collageno e glicoproteine. Sia il terminale presinaptico che la fibra muscolare secernono proteine nella membrana basale, tra cui l’enzima acetilcolinesterasi. La membrana basale organizza anche la sinapsi allineando i bottoni presinaptici con le pieghe giunzionali post-sinaptiche.

L’Ach viene sintetizzata prevalentemente nel terminale assonico, ma può essere prodotta ovunque nel citoplasma cellulare L’enzima CHAT catalizza la sintesi di colina e acetil-coenzima A Il magazzino sinaptico dell’Ach è molto limitato e dipende per la metà dal reuptake della colina

Canali ionici del calcio Agisce nell’assemblaggio della subunità 1 Modula la cinetica del Ca++ attraverso la subunità 1

NMJ VERSANTE PRESINAPTICO 1 “QUANTUM” : 10.000 Ach Storage primario (fast): 1000 Q Storage secondario(slow): 10.000 Q

ESOCITOSI Ach

AChE

Recettore nAch   Recettore pentamerico 2 isoforme: ², ² il sito di “binding” e’ sulle subunita’ Il legame di almeno 2 molecole di Ach determina la modificazione strutturale del recettore  

L’Ach attraversa il vallo sinaptico in 50 sec. Un terzo di essa viene distrutta dall’ AChE. Il rimanente si lega brevemente (100-200 sec) ai recettori. Nel legame l’Ach cambia le sue caratteristiche stechiometriche in modo da indurre un’aumentata conduttanza dei canali connessi al recettore.

Un quantum di Ach attiva circa 1000 recettori-canali, che restano aperti per 1-1.5 msec e poi si inattivano spontaneamente. Una prolungata esposizione all’Ach determina la desensibilizzazione dei recettori-canali

NMJ: Target molecolari – Malattie disimmuni e genetiche

NMJ: CLUSTER AChR Turnover dei recettori: emivita 15 gg La disposizione a “cluster” dei recettori viene guidata da: agrina muSK rapsina

nAChRs - funzionamento out in 0mV -85 mV closed out in 0mV -85 mV apertura 135 mM potassium 10 mM sodium

I canali recettori, diversamente dai voltaggio dipendenti, non sono selettivi.

I canali-recettori non sono autorigeneranti Nei canali voltaggio dipendenti l’ingresso di Na è autorigenerante, cioè la depolorizzazione della cellula indotta dal Na apre ulteriormente altri canali fino alla generazione del potenziale d’azione. Nei canali attivati dal mediatore questo non avviene. Il numero di canali attivati dipende esclusivamente dalla quantità di Ach.

E’ necessario che canali-recettori e canali voltaggio dipendenti lavorino in parallelo

Recettori Canali Canali voltaggio dipendenti Legame con Ach Apertura canale del Na+ Apertura del canale Ingresso di Na+ fuoriuscita di K+ Ingresso del Na+ Depolarizzazione Depolarizzazione Potenziale d’azione Potenziale di placca

NMJ -Sequenza degli eventi Arriva un potenziale d’azione del nervo apertura canali del Calcio sul versante presinaptico Vescicole contenenti ACh vengono rilasciate (circa 20 vescicole) NOTA 1: OGNI vescicola contiene ~ 10,000 molecule of ACh = 1 quanta NOTA 2: la membrana postgiunzionale contiene ~108 AChR’s. Si modifica la conduttanza agli ioni Na e K con generazione del potenziale di placca; genesi del potenziale d’azione della fibra muscolare

NMJ - eventi elettrofisiologici Rilascio di 1 quantum di ACH : MEPP a riposo: random ( 1/s) = attivita’ di placca NAP: rilascio di molti “quanta”: EPP AP L’ampiezza dell’EPP e’ sempre superiore all’ampiezza minima per generare un potenziale d’azione muscolare ! FATTORE DI SICUREZZA

della trasmissione neuromuscolare La dimensione del potenziale di placca dipende, per ogni singolo impulso dalla quantità di Ach liberata. E’ stata calcolata una ampiezza media dell’ EPP di +/- 75 mV, l’ampiezza minima richiesta per indurre un potenziale d’azione muscolare (MAP) è di 15 mV. Il rapporto tra l’ampiezza effettiva dell’ EPP e quella minima richiesta è circa 5: questo rapporto esprime il Il potenziale di placca è particolarmente ampio, nelle sinapsi del SNC esso e nell’ordine di 1 mV. Questo significa che nel SNC numerosi neuroni presinaptici devono convergere sulla stessa cellula postsinaptica perché essa possa dare un potenziale d’azione. Fattore di sicurezza della trasmissione neuromuscolare

Fattore di sicurezza

Il fattore di sicurezza garantisce la trasmissione neuromuscolare anche durante la fatica sinaptica MAP EPP L’attivazione ripetuta, anche a basse frequenze, riduce l’ampiezza dell’EPP, probabilmente per l’incompleto rifornimento di molecole di Ach immediatamente disponibili

Un EPP, che segue dopo un breve intervallo uno stimolo condizionante, ha una ampiezza maggiore di un EPP non condizionato: facilitazione La facilitazione è dovuta alla persistenza degli ioni Ca nel bottone presinaptico

La stimolazione ripetitiva ad alta frequenza od una contrazione volontaria intensa determinano un: potenziamento post-tetanico al potenziamento segue una: esuaribilità post tetanica il grado e la durata di entrambi dipendono dalla durata dell’attivazione tetanica.

NMJ - attivazione iterativa Liberazione di Ach: deplezione di Ach resintesi mobilizzazione store II (Ca²) ~ 10 sec ~ 200 msec ALTA FREQUENZA FACILITAZIONE 1 stimolo 2 stimolo BASSA FREQUENZA STIMOLO TETANICO SFORZO MASSIMALE FATICA FACILITAZIONE POST-TETANICA ESAURIMENTO POST-TETANICO 2 minuti 3 minuti

Alterazioni funzionali dei canali recettori