Conduzione dei potenziali; sinapsi chimiche

CONDUZIONE DEL POTENZIALE D'AZIONE

Il P.d'A. può insorgere in un punto qualunque di una cellula o fibra nervosa

All'esterno della membrana, quel punto diventa elettronegativo rispetto ai punti contigui; all'interno diventa positivo

Poiché la resistenza elettrica lungo la membrana non è infinita, si instaurano correnti elettriche dallo stesso lato della membrana: le

CORRENTI ELETTROTONICHE

- - -- - -- - -

+ + +

+ + +

+ + +- - -

+ + +

- - -+ + +

- - -+ + +

+ - -+ - -- - +

+ +

+ +

+ +- - +

+ + - - -+ +

- - - + +

AB B

AB B

-90 mv -90 mv

-60 mv -60 mv

Correnti elettrotoniche

Le CORRENTI ELETTROTONICHE all'esterno spostano cariche positive verso il punto eccitato, e all'interno verso i punti contigui (essendo un ambiente ionico in cui sono in gioco cationi, sono questi, che hanno carica positiva, che si spostano).

Le correnti elettrotoniche non attraversano la membrana e non richiedono variazioni di permeabilità, ma le provocano nei punti contigui, propagando lo stato di eccitamento, cioè lo spostamento del potenziale verso il valore soglia.

Le correnti elettrotoniche sono graduate (non tutto-o-nulla), si propagano con decremento, ed hanno costante di tempo e di spazio. Il potenziale d'azione viene generato nei punti contigui quando viene superato il valore soglia.

Le correnti elettrotoniche si propagano con la velocità della corrente elettrica (300.000 m/s), che è virtualmente infinita per le distanze da percorrere

il P. d'A. si propaga con velocità finita, perché è una risposta biologica ad un fenomeno fisico.La velocità di propagazione dipende dalla resistenza longitudinale ed è tanto più elevata quanto più grande è la cellula o più grossa la fibra.

VELOCITA' DI PROPAGAZIONE

VELOCITA' DI PROPAGAZIONE NELLE FIBRE MIELINICHE

la presenza della guaina mielinica in molte fibre nervose aumenta molto la velocità di conduzione, perchè questa avviene a salti (conduzione saltatoria), fra le interruzioni della guaina (nodi di Ranvier).La PROPAGAZIONE FRA CELLULE CONTIGUE è possibile solo quando esistono punti a bassa resistenza (giunzioni strette) fra le cellule (sinapsi elettriche).

Conduzione saltatoria

PRINCIPALI CELLULE ECCITABILI: le caratteristiche del P. d'A. sono parzialmente diverse per ogni tipo di cellula e verranno indicate di volta in volta.

MUSCOLO LISCIO (visceri e vasi)

MUSCOLO CARDIACO

MUSCOLO STRIATO (scheletrico)

NEURONI (centrali e periferici)

Il potenziale d’azione si propaga per tutta la lunghezza dell’assone di qualunque neurone (nel caso del sistema nervoso periferico, questo può essere anche assai lungo)

Trasmissione sinaptica

Il potenziale d’azione non si propaga fra assoni contigui o fra diverse cellule se non in corrispondenza di strutture specializzate, genericamente chiamate sinapsi

Premessa

Trasmissione sinaptica

Si chiamano SINAPSI i punti di contatto fra cellule, in particolare fra le terminazioni assoniche e le cellule che le ricevono

Esistono sinapsi elettriche, prevalentemente nel SNC e nel muscolo liscio e cardiaco, ma quelle con particolare struttura e funzione sono le SINAPSI CHIMICHE.

GIUNZIONE NEUROMUSCOLARE

(PLACCA MOTRICE)

E' l'esempio più tipico e più facile da studiare di trasmissione sinaptica

Si tratta del punto di congiunzione fra il terminale assonico di un neurone motore e la corrispondente fibra muscolare

Il neurone motore è una fibra mielinica che si divide, in prossimità del muscolo, in numerose diramazioni, ciascuna delle quali forma una sinapsi con una sola fibra muscolare

L'insieme di un neurone motore e di tutte le fibre muscolari da esso innervate costituisce l'unità motoria, che è l'elemento unitario per la regolazione della contrazione muscolare

STRUTTURA (elementi essenziali):

terminazione nervosa, contenente vescicole sinaptiche

spazio sinaptico

Dalla parte del muscolo: pliche giunzionali contenenti i recettori specifici

FUNZIONE

il P. d'A. aumenta la permeabilità al Ca++ della terminazione, permettendone l'ingresso

il Ca++ provoca la fusione della membrana delle vescicole con quella della cellula e la liberazione sincronizzata del mediatore chimico: l’ACETILCOLINA (ACh).

L'ACETILCOLINA (ACh)

È prodotta dal neurone e portata alla terminazione con un processo di trasporto assonico; è sintetizzata anche a livello del terminale

Si lega ai recettori provocando un aumento della permeabilità del sodio e del potassioNe deriva una depolarizzazione localizzata, chiamata potenziale di placca (end plate potential=EPP)

DIFFERENZE FRA P. d'A. E EPP

L'EPP è un fenomeno graduabile: anche in assenza di P.d'A. presinaptico avviene una continua liberazione di ACh in piccoli pacchetti di vescicole, ciascuna delle quali rappresenta un quanto (si parla perciò di liberazione quantica) di ACh, che provoca un piccolo EPP (potenziale in miniatura), non sufficiente ad eccitare la fibra muscolare

La placca motrice non contiene canali per il sodio voltaggio-dipendenti e perciò non può produrre P. d'A., mentre l'EPP tende ad un valore intermedio fra ENa ed Ek (vicino a 0 mV).

Destino dell’acetilcolina

I recettori per l’ACh rispondono nel momento in cui si accoppiano al mediatore

L’ACh deve essere rimossa per permettere une nuova trasmissione sinaptica (per aprire una porta bisogna prima chiuderla)

Lo spazio sinaptico è ricco dell’enzima acetilcolinesterasi, che idrolizza la molecola di ACh, separandola in colina ed acetato

Destino dell’acetilcolina

L’ACh liberata dalla terminazione nervosa diffonde nello spazio sinaptico, dove è attratta dai recettori

L’ACh diffonde anche nel liquido interstiziale; è attaccata dall’ACh-esterasi; la sua concentrazione nello spazio sinaptico diminuisce e la molecola si stacca dai recettoriLa colina è in parte ricuperata dal terminale assonico dove è utilizzata direttamente per la costruzione di nuove molecole di ACh

Le SINAPSI CHIMICHE sono costituite da uno spazio sinaptico, che, all'arrivo dell'impulso (P.d'A.) viene invaso dalle molecole di un mediatore chimico (neurotrasmettitore), liberate dalla terminazione presinaptica

l'altra parte dello spazio sinaptico (membrana postsinaptica) contiene dei recettori specifici per il mediatore chimico

il legame del mediatore con il recettore permette la trasmissione del segnale dalla cellula pre- a quella post- sinaptica.

Le sinapsi chimiche possono essere eccitatorie o inibitorie. Proprietà comuni sono:

il ritardo sinaptico, che rallenta la conduzione;la monodirezionalità della trasmissione (soltanto dall'elemento pre- a quello post- sinaptico)

Le correnti elettrotoniche, e quindi il P. d'A., si propagano in tutte le direzioni (per es. lungo una fibra nervosa), ma la propagazione si arresta a livello della membrana presinaptica.

Proprietà comuni delle sinapsi sono:

la presenza di sistemi (enzimatici) per la rimozione del mediatore chimico

a livello delle sinapsi non c'è continuità anatomica fra le due cellule.

la presenza, nel terminale, di vescicole che contengono il mediatore chimico (sempre uguale per lo stesso neurone): questo viene liberato all’arrivo del potenziale d’azione

In generale i neuroni emettono una singola fibra efferente, detta assone, ma hanno numerose propaggini, dette dendriti, sulle quali si trovano le sinapsi afferenti (quelle che il neurone riceve)

L'attivazione di una singola sinapsi non è normalmete in grado di eccitare il neurone, ma è necessaria la sincronizzazione di molti elementi presinaptici.

SINAPSI INTERNEURONICHE

I dendriti contraggono sinapsi con un numero anche molto elevato di terminazioni di altri neuroni (bottoni sinaptici)Le sinapsi interneuroniche possono essere eccitatorie, ma anche inibitorie

Le sinapsi eccitatorie provocano sulla membrana postsinaptica una piccola depolarizzazione (EPSP) meccanismo generale: il legame mediatore-recettore apre canali ionici indifferenti, che provocano una corrente K+ verso l’esterno e una Na+ verso l’interno. La membrana si depolarizza fino ad un valore ≈ (ENa+EK)/2 ≈ 0 mVLe sinapsi inibitorie provocano sulla membrana postsinaptica una piccola iperpolarizzazione (IPSP). Meccanismo generale: il legame mediatore-recettore apre canali ionici per K+ e Cl-; l’uscita di K+ e l’ingresso di Cl- iperpolarizzano la mambrana

Le attività sinaptiche danno luogo a correnti elettrotoniche, che convergono verso un punto preciso del neurone, il monticolo assonico, dal quale origina l'assone.

Sul monticolo assonico sono presenti canali Na+ voltaggio-dipendenti, che danno origine a potenziali d’azione ogni volta che viene superata la soglia. In questo punto la soglia è più bassa che nel resto del corpo cellulare

A livello delle sinapsi non si generano potenziali d’azione (ma solo EPSP o IPSP) perché non sono presenti canali Na+ voltaggio-dipendenti

Avviene continuamente una sommazione (spaziale e/o temporale) fra le diverse attività eccitatorie ed inibitorie, che fa fluttuare il potenziale a livello del monticolo assonico: qui si originerà un potenziale d'azione, che percorrerà tutto l'assone fino alle sue terminazioni, ogni volta che viene superato il livello soglia.

Potenziale di riposo

SogliaEPSP

IPSP

+ =

Sommazione temporale

Sommazione spaziale

I I E E

E EI

Sommazione spaziale

I

Sommazione temporale

E E

PROPRIETA' INTEGRATIVE DELLE SINAPSI CENTRALI

l'attività di ogni neurone è “modulata in frequenza", mentre il potenziale del corpo cellulare (in particolare del monticolo assonico) fluttua in continuazione ed è pertanto "modulato in ampiezza" . Modulato = codificatoSe prevalgono gli IPSP, la probabilità di scarica si riduce, fino ad annullarsi; se prevalgono gli EPSP la cellula scaricherà con una frequenza tanto più grande quanto maggiore è la corrente depolarizzante che investe il monticolo assonico.

I

E E

EE I

I

Corrente depolarizzante piccola: bassa frequenza di scarica

I

EE

E

EE

E

Corrente depolarizzante intensa: alta frequenza di scarica

sinapsi inibitorie si possono trovare anche in prossimità delle terminazioni assonali: quando sono attivate bloccano la trasmissione del P. d'A. e impediscono la liberazione del mediatore.

sono numerosi e non tutti identificati; la loro azione non è costante, ma dipende dal particolare tipo di relazione mediatore-recettore. Tuttavia, per lo stesso neurone, l’azione è sempre uguale

INIBIZIONE PRESINAPTICA:

MEDIATORI CHIMICI CENTRALI:

MEDIATORI CENTRALI:Ach, noradrenalina, adrenalina, dopamina (catecolamine),

serotonina

INIBITORE: ac. Gamma-aminobutirrico (GABA)

ECCITATORE: glutammato

NEUROMODULATORI