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LA BIOLOGIA DELLA CELLULA

NERVOSA

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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

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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

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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

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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

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IL NEURONE

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IL NEURONE

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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

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Neurone sensoriale

Neurone motorio

Interneurone

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LA CELLULA NERVOSA PARLA

GALVANI, 1791 EDGAR, ANNI 30

BERNSTEIN, 1902

IPOTESI IONICA

META’ XX SEC

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•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?

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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

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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)?

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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.

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L’IPOTESI IONICA

NELLA FIGURA QUI SOPRA LA STRUTTURA DELLA MEMBRANA PLASMATICA DI UN NEURONE

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1. UNO STIMOLO DEPOLARIZZANTE DEPOLARIZZA LOCALMENTE L’ASSONE

2. SI APRONO I CANALI VOLTAGGIO DIPENDENTI DEL Na+: IL MOVIMENTO DELLO IONE VERSO L’INTERNO DEPOLARIZZA LA MEMBRANA. SI GENERA UN POTENZIALE DI AZIONE.

3. 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

4. NELLA REGIONE DI PARTENZA IL K+ INTANTO MIGRA VERSO L’ESTERNO SFRUTTANDO I SUOI CANALI.

5. LA MEMBRANA SI RIPOLARIZZA

6. LE POMPE Na+/K+ RISTABILISCONO LA SITUAZIONE DI PARTENZA, PORTANDO ALL’ESTERNO IL Na+ E ALL’INTERNO IL K+.

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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…

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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

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IN ALTO

CIRCUITI NEURONALI IN LARVA DI ZEBRA-FISH

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• 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

22A DESTRA: KATZ, ECCLES E KUFFLER

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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.

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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

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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.

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TOSSINE CHE

AVVELENANO CANALI IONICI

INTERFERISCONO CON IL RILASCIO DEI NEUROTRASMETTITORI

AGISCONO SUI RECETTORI POSTSNIPATICI

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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

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LE TOSSINE PRODOTTE DAI SEGUENTI ORGANISMI INTERFERISCONO CON IL RILASCIO DEI TRASMETTITORI

CLOSTRIDIUM BOTULINUM: 75 ng sono letali per un essere umano

CLOSTRIDIUM TETANI: gli interneuroni colpiti dalla tossina provocano contrazioni dei muscoli scheletrici

INIBISCONO IL RILASCIO PER ESOCITOSI DEI NEUROTRASMETTITORI-PARALISI SINAPSI NEUROMUSCOLARI PERIFERICHE

VEDOVA NERA: si liberano vescicole sinaptiche in assenza di segnale

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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

ATROPA BELLADONNA: l’atropina blocca i recettori muscarinici ACh

STRYCHNOS NUX-VOMICA: la stricnina blocca i recettori per glicina, iperattività che porta a convulsioni