LA BIOLOGIA DELLA CELLULA NERVOSA

LA TEORIA CHIMICA DELLA TRASMISSIONE SINAPTICA TRE SONO I PRINCIPI ( ELABORATI NELLA PRIMA META’ DEL XX SECOLO) SU CUI OGGI SI BASA LA NOSTRA CONOSCENZA SULLA ORGANIZZAZIONE FUNZIONALE DEL CERVELLO: LA DOTTRINA DEL NEURONE L’IPOTESI IONICA LA TEORIA CHIMICA DELLA TRASMISSIONE SINAPTICA

LA TEORIA DEL NEURONE AFFERMA CHE LA CELLULA NERVOSA, O NEURONE, E’ L’UNITA’ BASE DEL CERVELLO NONCHE’ L’ELEMENTO FONDAMENTALE PER LA TRASMISSIONE DEI SEGNALI AL SUO INTERNO SANTIAGO RAMON Y CAJAL

L’IPOTESI IONICA DESCRIVE I MECCANISMI ATTRAVERSO I QUALI LE CELLULE GENERANO SEGNALI ELETTRICI E LE MODALITA’ CON CUI QUESTI SEGNALI SI PROPAGANO ALL’INTERNO DELLE CELLULE HODGKIN HUXLEY

LA TEORIA CHIMICA DELLA TRASMISSIONE SINAPTICA DESCRIVE IL MODO CON CUI COMUNICANO DUE CELLULE NERVOSE: PER VIA CHIMICA, GRAZIE A MOLECOLE CHIAMATE NEUROTRASMETTITORI CHE SI LEGANO A DEI RECETTORI KATZ

IL NEURONE

IL NEURONE

LA DOTTRINA DEL NEURONE IL NEURONE E’ L’ELEMENTO STRUTTURALE E FUNZIONALE DI BASE DEL CERVELLO. UN NEURONE USA I PROPRI DENDRITI PER RICEVERE SEGNALI DA ALTRE CELLULE E IL PROPRIO ASSONE PER INVIARE INFORMAZIONI I TERMINALI DELL’ASSONE DI UN NEURONE COMUNICANO CON I DENDRITI DI UN ALTRO SOLO IN SPECIALI ZONE CHIAMATE SINAPSI OGNI NEURONE FORMA SINAPSI CON ALCUNE DELLE CELLULE CHE STANNO NEL SUO INTORNO (PRINCIPIO DELLA SPECIFICITA’ DELLA CONNESSIONE) . ESISTONO CIOE’ DEI CIRCUITI NEURONALI ATTRAVERSO I QUALI SI MUOVE L’INFORMAZIONE I SEGNALI IN UN CIRCUITO NEURONALE VIAGGIANO SOLTANTO IN UNA DIREZIONE LA DOTTRINA DEL NEURONE

Neurone motorio Interneurone Neurone sensoriale

LA CELLULA NERVOSA PARLA IPOTESI IONICA META’ XX SEC BERNSTEIN, 1902 GALVANI, 1791 EDGAR, ANNI 30

COME SONO FATTI QUESTI SEGNALI? COME CODIFICANO L’INFORMAZIONE? DAGLI STUDI DI GALVANI L’INTUIZIONE CHE LE CELLULE NERVOSE E MUSCOLARI FOSSERO IN GRADO DI GENERARE UN FLUSSO DI CORRENTE ELETTRICA DAGLI STUDI DI HELMHOLTZ LA MISURA DELLA VOLOCITA’ ALLA QUALE SI TRASMETTE L’IMPULSO ( 28 M/S ) E LA SCOPERTA DELLA MODALITA’ CON CUI SI TRASMETTE IL SEGNALE ( SENZA DISSIPAZIONE DI ENERGIA ) L’ATTENZIONE DEGLI SCIENZIATI NEI SUCCESSIVI 100 ANNI FU FOCALIZZATA SULLE SEGUENTI DOMANDE: COME SONO FATTI QUESTI SEGNALI? COME CODIFICANO L’INFORMAZIONE? COME PUO’ UN TESSUTO BIOLOGICO GENERARE SEGNALI ELETTRICI? CHE COSA FORNISCE LA CORRENTE PER I SEGNALI?

IL POTENZIALE DI MEMBRANA I FLUIDI ALL’INTERNO E ALL’ESTERNO DELLA CELLULA SONO RICCHI DI IONI ( POSITIVI E NEGATIVI: ES EXT Na+ E Cl-, INT K+ E PROTEINE CARICATE Θ NELLA MEMBRANA CELLULARE SONO PRESENTI CANALI IONICI CHE PERMETTONO AD ALCUNI IONI IL PASSAGGIO DA UNA PARTE ALL’ALTRA DELLA MEMBRANA. REGOLARMENTE SONO APERTI QUELLI DEL K+. IL K+ QUINDI TENDE A PASSARE DALL’INTERNO ALL’ESTERNO DELLA CELLULA LUNGO IL GRADIENTE DI CONCENTRAZIONE. IL SUO PASSAGGIO ALL’ESTERNO DELLA CELLULA LASCIA VICINO ALLA MEMBRANA INTERNA UNA PREVALENZA DI CARICHE NEGATIVE. GLI IONI K+ APPENA PASSATI ALL’ESTERNO SONO PERO’ A QUESTO PUNTO ATTRATTI DALLE CARICHE NEGATIVE CHE SONO AFFACCIATE DALL’ALTRA PARTE DELLA MEMBRANA. INVECE DI MUOVERSI LIBERAMENTE ALL’ESTERNO RIMANGONO COME BLOCCATE NEI PRESSI DELLA MEMBRANA. LA MEMBRANA E’ QUINDI COSPARSA DI CARICHE POSITIVE SULLA PARTE CHE GUARDA L’ESTERNO DELLA CELLULA, MENTRA LA PARTE INTERNA E’ COSPARSA DI CARICHE NEGATIVE. QUESTA SITUAZIONE DETERMINA UNA DIFFERENZA DI POTENZIALE COSTANTE, CHIAMATA POTENZIALE DI MEMBRANA A RIPOSO

IL SEGNALE ELETTRICO NELLE CELLULE NEURONALI GLI STUDI FURONO COMPIUTI SU NEURONI SENSORIALI DELLA PELLE. UN SEGNALE BEN PRECISO FU RILEVATO DAGLI STRUMENTI OGNI VOLTA CHE IL NEURONE ERA STIMOLATO. IL SEGNALE DURAVA 2/1000 DI S E AVEVA DUE COMPONENTI. OBBEDIVA AL PRINCIPIO “ TUTTO O NIENTE”. COME FA ALLORA UN NEURONE SENSORIALE A REGISTRARE L’INTENSITA’ DI UNO STIMOLO? I NEURONI USANO SEGNALI DIFFERENTI PER INFORMAZIONI RELATIVE A STIMOLI DIFFERENTI ( UN SUONO, LA LUCE, IL DOLORE)?

L’INTENSITA’ DI UNO STIMOLO DIPENDE DALLA FREQUENZA ALLA QUALE VENGONO EMESSI I POTENZIALI DI AZIONE. NON CI SONO DIFFERENZE NEL CODICE USATO DAI NEURONI PER TRASPORTARE SEGNALI RELATIVI A STIMOLI DIFFERENTI. A FARE LA DIFFERENZA SONO INVECE LE DIVERSE VIE NEURALI PERCORSE DAL SEGNALE.

L’IPOTESI IONICA NELLA FIGURA QUI SOPRA LA STRUTTURA DELLA MEMBRANA PLASMATICA DI UN NEURONE

UNO STIMOLO DEPOLARIZZANTE DEPOLARIZZA LOCALMENTE L’ASSONE SI APRONO I CANALI VOLTAGGIO DIPENDENTI DEL Na+: IL MOVIMENTO DELLO IONE VERSO L’INTERNO DEPOLARIZZA LA MEMBRANA. SI GENERA UN POTENZIALE DI AZIONE. PARTE DELLA CORRENTE GENERATA DAL POTENZIALE FLUISCE LUNGO L’ASSONE E DEPOLARIZZA LA REGIONE ADIACENTE, IN CUI SI APRONO I CANALI DEL Na+. SI RIPETE QUANTO VISTO IN 2. IL POTENZIALE DI AZIONE SI SPOSTA COSì LUNGO L’ASSONE NELLA REGIONE DI PARTENZA IL K+ INTANTO MIGRA VERSO L’ESTERNO SFRUTTANDO I SUOI CANALI. LA MEMBRANA SI RIPOLARIZZA LE POMPE Na+/K+ RISTABILISCONO LA SITUAZIONE DI PARTENZA, PORTANDO ALL’ESTERNO IL Na+ E ALL’INTERNO IL K+.

IN QUESTO MODO UN SEGNALE RELATIVO A UNA ESPERIENZA VISIVA, A UN MOVIMENTO, A UN PENSIERO O A UN RICORDO VIENE INVIATO DA UNA ESTREMITA’ ALL’ALTRA DEL NEURONE. PER LA LORO TEORIA , ELABORATA A PARTIRE DA RICERCHE SUL COMPORTAMENTO DELL’ASSONE GIGANTE DEL CALAMARO, HODGKIN E HUXLEY CONDIVISERO NEL 1963 IL NOBEL PER LA MEDICINA IN SEGUITO HODGKIN DISSE CHE IL PREMIO SAREBBE DOVUTO ANDARE AL CALAMARO…

I NEURONI PARLANO TRA LORO TRAMITE SEGNALI CHIMICI O ELETTRICI? LA CONVERSAZIONE TRA CELLULE NERVOSE FINO AGLI ANNI ’50 SI SCONTRANO DUE TEORIE RELATIVE ALLA QUESTIONE: I NEURONI PARLANO TRA LORO TRAMITE SEGNALI CHIMICI O ELETTRICI? E’ LA QUERELLE “ ZUPPA CONTRO SCINTILLA” NATA DOPO GLI STUDI DI LOEWI ( ANNI ’20-30) IL PRIMO NEUROTRASMETTITORE SCOPERTO: L’ACh

CIRCUITI NEURONALI IN LARVA DI ZEBRA-FISH IN ALTO CIRCUITI NEURONALI IN LARVA DI ZEBRA-FISH

IL POTENZIALE DI AZIONE PROVENIENTE DALL’ASSONE DEL NEURONE PRESINAPTICO ARRIVA NELLA TERMINAZIONE SINAPTICA LE VESCICOLE SINPATICHE, PIENE DI MOLECOLE DI NEUROTRAMETTITORE, SI FONDONO CON LA MEMBRANA PLASMATICA IL CONTENUTO DELLE VESCICOLE VIENE LIBERATO NELLA FESSURA SINAPTICA I NEUROTRASMETTITORI SI LEGANO AI RECETTORI SULLA MEMBRANA DEL NEURONE POSTSINAPTICO IL POTENZIALE DI MEMBRANA DEL NEURONE POSTSINAPTICO VARIA SI INNESCA IL POTENZIALE D’AZIONE NEL NEURONE POSTSINAPTICO

A DESTRA: KATZ, ECCLES E KUFFLER

I NEUROTRASMETTITORI ECCITATORI ACETILCOLINA: presente nella giunzione neuromuscolare. Viene degradato da un enzima specifico e non riassorbito. Composti come il Sarin ( gas nervino ) inibiscono l’enzima: possono essere letali Attacco nella metropolitana di Tokyo, 1995) GLUTAMMATO: è il neurotrasmettitore più importante per il “normale” funzionamento dell’encefalo. E’ responsabile della eccitotossicità: neuroni esposti a questo trasmettitore per tempi eccessivi alla fine muoiono.

I NEUROTRASMETTITORI INIBITORI GABA: è con la glicina il principale neurotrasmettirore inibitore. Neurotossine che bloccano i recettori del GABA sono ad esempio gli alcaloidi vegetali. Farmaci che si comportano come il GABA ( azione inibitoria ) sono i barbiturici e le benzodiapezine

ALTRI TRASMETTITORI DOPAMINA: HA RUOLO FONDAMENTALE NELLA COORDINAZIONE DEI MOVIMENTI CORPOREI. SI PENSA SIA COINVOLTA NEGLI STATI DI MOTIVAZIONE, RICOMPENSA E RINFORZO. MOLTE SOSTANZE DI ABUSO ADOPERANO I SUOI SITI. NORADRENALINA: INFLUENZA GLI STATI DI SONNO E VEGLIA, ATTENZIONE E COMPORTAMENTO ALIMENTARE SEROTONINA: NEL SNC SVOLGE UN RUOLO IMPORTANTE NELLA REGOLAZIONE DELL’UMORE, DEL SONNO, DELLA TEMPERATURA CORPOREA, DELLA SESSUALITA’ E DELL’APPETITO. ANFETAMINE E MDMA NE INIBISCONO L’ASSORBIMENTO.

AVVELENANO CANALI IONICI TOSSINE CHE AVVELENANO CANALI IONICI INTERFERISCONO CON IL RILASCIO DEI NEUROTRASMETTITORI AGISCONO SUI RECETTORI POSTSNIPATICI

LE TOSSINE PRODOTTE DAI SEGUENTI ORGANISMI AVVELENANO I CANALI DEL Na+ OSTRUZIONE DEI CANALI – PARALISI - 0,1 G LETALE PER L’UOMO PROLUNGAMENTO DEL POTENZALE D’AZIONE - PARALISI MODIFICAZIONE DELLE MODALITA’ DI ATTIVAZIONE DEI CANALI CANALI DEL K+ BLOCCANO I CANALI

LE TOSSINE PRODOTTE DAI SEGUENTI ORGANISMI INTERFERISCONO CON IL RILASCIO DEI TRASMETTITORI CLOSTRIDIUM BOTULINUM: 75 ng sono letali per un essere umano INIBISCONO IL RILASCIO PER ESOCITOSI DEI NEUROTRASMETTITORI-PARALISI SINAPSI NEUROMUSCOLARI PERIFERICHE VEDOVA NERA: si liberano vescicole sinaptiche in assenza di segnale CLOSTRIDIUM TETANI: gli interneuroni colpiti dalla tossina provocano contrazioni dei muscoli scheletrici

LE TOSSINE PRODOTTE DAI SEGUENTI ORGANISMI AGISCONO SUI RECETTORI POSTSINAPTICI BUNGARO A STRISCE: la tossina si lega ai recettori ACh CHODODENDRUM TOMENTOSUM: la sua tossina, il curaro, blocca i recettori nicotinici ACh STRYCHNOS NUX-VOMICA: la stricnina blocca i recettori per glicina, iperattività che porta a convulsioni ATROPA BELLADONNA: l’atropina blocca i recettori muscarinici ACh