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(5) SINAPSI, VEDI IONOTROPICI: sono recettori di ioni per risposta…
(5) SINAPSI
SINAPSI SNC
- neuroni del midollo spinale e corteccia il tutto ricoperto da neuroni sinaptici (contatti con terminazioni assoniche
- 5000-10.000 sinapsi
- ≠ dalle neuromuscolari perché:
- possono essere sia eccitatore che inibitorie
- molto piccole ~1µm e segnale prodotto altrettanto piccolo
sinapsi centrali
- di due tipi:
- eccitatore: tipo 1 di Gray, più asimmetriche al ME, parte si formano su estroflessioni dell'albero dendrico (spire dendriche)
- inibitorie: tipo 2 di Gray, simmetriche ad ME, maggior parte sul corpo cellulare nella parte iniziale del corpo dendrico-assone
- stimolate da PA rilasciano neurotrasmettitori:
- PA stimola rilascio di neurotrasmettitori:
- bottone sinapsico contiene solo uno o pochi siti di rilascio e probabilità di rilascio è molto variabile (quando non arriva PA non obbligatorio rilascio del neurotrasmettitore, mentre in neruomuscolare si per i numerosi siti di rilascio)
=> integrazione sinaptica:
- per rispondere il neurone deve sommare effetti di tante sinapsi (tanti neuroni ≠)
- un neurone decide se innesca PA con depolarizzazione sufficiente nel suo segmento iniziale dell'assone
- nella zona iniziale PA si crea solo se la somma di tutte le sinapsi eccitatore è sufficiente a superare la soglia
- se sono attive le inibitorie effetto delle eccitatore indebolito
sinapsi eccitatore
- meccanismo eccitatorio simile a giunzione neuromuscolare, ma efficacia ≠
- meccanismo neuromuscolare: Ach rilasciata dal neurone che stimola i recettori nicotinismi su memerbana muscolare che si aprono e si crea la corrente di placca: Na prevalente e K con ampiezza di Vrev=Vinv=Einv~ -10-20 mV(vedi formulario), quindi canale poco selettivo
- sinapsi eccitatore: neurotrasmettitore attiva canali ionici con Vrev> della soglia di innesco del PA quindi Vrev meno negativa della V soglia e la sinapsi fa aprire canali che depolarizzano la cellula
- potenziale postsinapsico eccitatorio EPSP: variazioni PA quando si attiva la sinapsi, analogo al potenziale di placca, ma ampiezza << perchè singola sinapsi è piccola quindi di rilasciano poche vescicole e si aprono pochi canali sulla membrana (ampiezza del potenziale fra due neuroni nell'ordine del mV ) quindi supero la soglia in presenza di decine di sinapsi
- EPSP con correnti che dipendono anch'esse dai canali ionici che si aprono (canali aperti da Gli con passaggio di NA e K)
sinapsi inibitorie
- attivazione di canali ionici con Vrev<Vsoglia per il PA, quindi Vrev più negativo di Vsoglia
- Vm tende a rimanere lontano dal Vsoglia
- potenziale postsinaptico inibitorio SPSC: nel SNC attivi una serie di nuerotrasmettitori con principali Ach e ATP o composti contenenti purine
(Glu eccitatorio e GABA inibitorio)
- fanno aprire canali ionici che mantengono la cellula lontana dalla soglia per il PA
- GABA inibitoria nella zona del doma e non albero dendrico
trasmissione veloce del SNC
- trasmissione veloce del SNC dipende dal rilascio di Glu con apertura dal PA dei canali del calcio che fondendosi con le vescicole fanno rilasciare Glu
- Glu alla membrane post-sinaptica si lega ai recettori ionotropici di due classi:
- recettore non-NMDA (n-metil-diaspartato) di tipo AMPA e di tipo KA (legano acido clinico)
- recettore NMDA
- i più diffusi sono AMPA, che legano almeno due Glu facendo aprire il canale liberando Na e K
MA Vr tipico di neurone ~ -65 mV ed entra soprattuto Na che depolarizza la membrana e si produce potenziale postsinaptico eccitatorio che avvicina la cellula alla soglia del PA
- recettori NMDA importati per alcuni aspetti fisiologici:
- in condizione di depolarizzazione moderata: canali legano Glu però non fluisce la corrente perchè a potenziale negativo sono inibiti da Mg, si attivano solo se cellula molto depolarizzata
- permeabilità per Ca: Ca modula l'efficienza della sinapsi a lungo termine però se incontrollato ha effetti tossici
NEUROTRASMETTITORI
neurotrasmettitori
- GABA:prevale nel cervello
- Gly: prevale nel midollo spinale
GABA e Gly
- effetto di inibizione nel SNC
- KCC (trasporto che estrude K e Cl) nel neurone maturo prevale su NKCC (estrude Na, K, 2Cl), mentre fino alla nascita prevale il secondo
- GABA in via di sviluppo ha quindi effetto eccitatorio perchè la concentrazione di Cl è alta intracellularmente
=> la natura eccitatori-inibitoria dei neurotrasmettitori non dipende dalla natura del neurotrasmettitore stesso ma dalle concentrazioni ioniche che determinano le correnti
struttura recettore GABA-A
- 5 subunità, simile a recettore Ach
- subunità spesso eteropentameri, che possono essere molto ≠: quindi con ≠ cinetiche e ≠ sensibilità (a farmaci, ...)
recettori metabotropici
- altra classe di recettori, non di canali ionici ma attivano le pp G (quindi cascata di segnali intracellulari)
- GABA-B: possono inibire ma per ragioni ≠ da GABA-A, poiché producono cascate di segnali che possono convergere su canali del K => inibizione per iperpolarizzazione o meccanismo presinapsico che possono stimolare l'inibizione dei canali del Ca voltaggio dipendente (entra Ca e si rilasciano neurotrasmettitori)
- Glu può avere retroazione inibitoria su recettore del metabolismo che calma la sinapsi stessa in casso di attivazione eccessiva
- neurotrasmettiore delle sinapsi centrale vengono normalmente riassorbiti dalle terminazioni sintetiche con trasporti attivi secondari e vengono ricaricati in vescicole sincarpiche con trasportatori che sfruttano il gradiente di H con una pompa
GABA
inibizione rapida nell'effetto gabaergico dipende da l recettore GABA-A:
- permeabili ad anioni, con principalmente Cl (nel fluido celebro spinale umano ha concentrazione ~120 nM, mentre intracellularmente nei neuroni è ~6-7 mM)
- potenziale di inversione non è uguale al Ecl~ - 80 mV bensì è un po' meno negativo
=> Egaba~ -65/-70 mV, questo perché ha permeabilità anche per anioni come bicarbonato (selettività non perfetta), sebbene prevalga comunque Cl per la sua alta concentrazione extracellulare
- bicarbonato concentrazione extra-intracellulare simile (23 extra - 18 intra) ed ha un Ehco ~ - 7 mV che rende il potenziale di inversione di GABA un po' meno negativo e quindi più simile al potenziale di membrana di un neurone:
- neurone a -65, GABA porta la cellula a -70
- neurone a meno -75, GABA depolarizza a -70
- neurone a -70, GABA inattivo
- inibizione silente - inibizione shunting:
- neurone non cambia di molto il potenziale
- se apro il recettore del Gli la cellula depolarizza
- se recettore Glu con recettore GABA la cellula depolarizza, ma immediatamente entrano anioni che fanno mantenere il potenziale a -70 mV
- poco effetto o nullo su Vm, ma con corrente tipo Glu allora GABA provoca il cortocircuito ed impedisce la depolarizzazione
neuropeptidi
- peptidi sono altri regolatori della funzione sinaptica
- modulano l'azione del neurotrasmettitore veloce (Ach, GABA)
- stimolano recettori associati a pp G
- sono più potenti di Ach e GABA perchè agiscono a concentrazioni minori
- sintetizzati nel soma e trasportati tramite assoni con microtubuli (rivedi) fino alle terminazioni sintetiche (di norma sintetizzati nel bottone sintetico stesso)
- effetti lenti perchè agiscono stimolando cascata di trasporto e perchè rilasciati a basse concentrazioni nello spazio exracellulare, quindi diffondono lentamente in un certo volume di tessuto
- degradati lentamente
- regolano lo stato della rete nervosa, quindi effetti prolungati conservati e trasportati lungo l'assone in vescicole
INTEGRAZIONE SINAPTICA
- trasportatori per neurotrasmettitori sfruttano il gradiente di Na, come in genere il trasportatore di Glu che ha stechiometria complessa ed espresso molto in cellule della glia (astrociti)
- efficacia di una sinapsi nel contribuire a portare un neurone sopra la soglia non dipende solo da ampiezza di corrente sinapsi ma anche dalla dinastanza sinapsi-segmento iniziale dell'assone
=> efficacia sinaptica decade con la distanza
- sinapsi inibitorie localizzate in zona del somar, nel segmento iniziale dell'assone all'inizio dell'albero dendrico, perchè sono meno delle sinapsi eccitatorie nel SNC => per efficacia devono essere vicine a zona di innesco del PA
sommazione dei segnali sinaptici, 2 forme di somma delle correnti
sommazione spaziale
- si sommano segnali di 2 sinapsi in posizioni ≠
- sinapsi->corrente entrante->depolarizzazione
- depolarizzazione delle singole sinapsi decadrebbero dopo poco, ma le sinapsi si sommano quindi ora che la prima decada arriva la seconda, quindi decine di sinapsi si sommano e si può superare la soglia quando il potenziale arriva alla trigger zone
sommazione temporale
- somma segnali di una singola sinapsi, quindi neurone genera tanti segnali PA in serie e si creano correnti sintetiche in sequenza
- arriva una primo segnale di depolarizzazione alla trigger zone e prima che decada ne arriva una seconda che viene sommata, quindi decine di sinapsi fanno superare la soglia
- sinapsi eccitatorie: sull'albero dendrico
- sinapsi inibitorie: su soma
- sommazione spaziale-temporale
- soglia di motoneurone raggiunta con 50-100 sinapsi poiché ciascuno riceve sinapsi da più di 100 neuroni sensoriali (convergenza)
INIBIZIONE LATERALE
-
esempio nel visivo:
- strato di cellule percepisce la luce e manda un segnale a SNC (via verticale di trasmissione del segnale luminoso)
- suppongo di avere da un lato cellula in piena luce mentre dall'altro scura (non ricevono direttamente la luce)
- quindi cellule inibite in modo reciproco: cellula con segnale luminoso trasmette al cervello un segnale inibitorio che vale anche per le cellule vicine e viceversa
=> attività di ogni cellula oltre a mandare segnale a SNC implica inibizione delle cellule vicine con un piccolo ritardo
- cellule con luce mandano un livello medio di PA che non è il massimo possibile in quanto parzialmente inibite fra loro
- nella zona scura le cellule mandano impulsi a frequenza minore per il minore stimolo dalla luce ed anch'esse si inibiscono fra di loro
- nella zona del bordo quindi inibizione reciproca che potenzia il contrasto (cellule chiare sul bordo producono una frequenza maggiore delle scure) rivedi perchè sono inibite da una propria parte di cellule
=> un illusione ottica che ci permette di distinguere meglio i contrasti
CONTROLLO NEUROMUSCOLARE
- vie sensoriali comunicano con cervello e midollo spinale e il sistema motorio per la risposta
- lo stesso sistema sensoriale può in parte controllare direttamente l'uscita motoria da parte di circuiti locali (archi riflessi) e allo stesso tempo informazione va al cervello:
- elaborazione dell'informazione dal sistema cognitivo
- controllo dello stato comportamentale
riflesso miotatico
- riflesso dello stiramento del muscolo che contiene piccoli organi di senso - fusi muscolari:
- fibre muscolari modificate che hanno perso capacità contrattile
- prendono contatto con neurone sensoriale
- quando muscolo si stira si stira anche questo organo quindi c'è traduzione meccanica dalla membrana del neurone che depolarizza e si innesca un PA che viaggia verso il midollo
- corpo cellulari in gangli delle radici dorsali (che entrano-escono dal midollo) e poi prosegue e raggiunge il mooneurone nelle corna ventrali
- nervo unico che porta al muscolo contiene sia assoni dei neuroni sensoriali sia quelli dei neuroni motori
- dal corno ventrale parte un assone di motoneurone che rientra nello stesso nervo ed arriva al muscolo con giunzione neuromuscolare
- stiramento->PA viaggiano in neurone sensoriale->sinapsi con corpi cellulari-dentreiti di motoneruoni->potenziali postasinaptici eccitatori->contrazione del muscolo
- sistema di retroazione per controllo dello stato di contrazione in funzione dello stiramento
fuso muscolare
- contiene fibre intrafusali delle cellule allungate
- parte centrale delle cellule non contrattile, a differenza dei 2 apici
- 2 classi di fibre:
- a sacco di nuclei circa 3 per fuso, sia toniche che fasiche
- a catena di nuclei circa 5 per fuso, solo toniche
- due tipi di neuroni sensoriali che innervano, di cui uno a tutte le cellule e l'altro solo alle toniche
- fibre afferenti si avvolgono sulle fibre della parte centrale, mentre le fibre efferenti controllano la lunghezza del fuso
- fibre sensoriali innervano anche motoneuroni gamma che controllano lo stato contrattile degli apici del fuso (fibra gamma fa contrarre solo il fuso non muscolo nel complesso)
- si attiva se la contrazione del muscolo troppo forte quindi il fuso perde leunghezza e tenionse adatte ad interazioni con fibre del neurone sensibile (poco responsivo)
- fibra gamma permette un meccanismo i adattamento per cui il fuso viene accorciato con contrazione apicale e torna a lunghezza e tensione fisiologica
- fa parte del sistema propriorecettivo per cui l'organo in parallelo con il muscolo ne risente dello stiramento
- radice dorsale si stacca in radicale che entrano da lato dorsale del midollo
- organizzazione somatotopica si riflette già dall'organizzazione del midollo spinale
- zone riferite a cellule che vengono da parti ≠ del corpo:
- corna anteriori: corpi cellulari motoneuroni somatici (disposizione somatotopica)
- corna dorsali: arrivano le informazioni sensitive domatica (rivedi)
- parte centrale: cellule dele colonne sensitive-motorie viscerali
- ogni neurone sensoriale forma sinapsi su motoneuroni e ciascuno riceve 100-1000 sinapsi da fibre
- contrazione: superamento della soglia da parte di uno stimolo abbastanza intenso da attivare sia # sufficiente di recettori e # sufficiente di sinapsi (sommazione spaziale)
organo tendineo del Golgi
- organo propriorecettivo
- è in serie con il muscolo e localizzato al punto di inserzione con tendine per percepire la forza di contrazione
- contiene rete di fibre di collagene in cui si ramificano le fibre-assoni nel neurone sensoriale
- muscolo si tende molto le fibre si stirano e schiacciano l'assone
- neuroni che trasmettono l'informazione fra sensoriali e motori sono detti interneuroni
interneuroni
- importanti per produzione di circuiti motori complessi:
- riflesso paiettale - di stiramento
- flessione dell'arto: flessione di un muscolo e rilassamento antagonisti, quindi innervazione reciproca
- riflessi incrociati (coordinazione fra due arti)
- un arto con eccitazione di un muscolo flessori e rilassamento estensorio, un altro arto il contrario
- moduli motori sotto controllo automatico-volontario: coordinazione tra ≠ parti del corpo con circuiti locali che controllano i ≠ livelli midollo + la moscolutatura locale dei 2 lati coordinati con altri segmenti nel midollo
- fibre funicolari: sistema di fibre di connessione dei segmenti del midollo, quindi per coordinazione di tutte le parti del corpo:
- apparato segmentale: con archi riflessi semplici
- apparato intersegmentale: connessione fra segmenti ≠
- apparato di connessione: congiunge midollo a encefalo)
VEDI IONOTROPICI: sono recettori di ioni per risposta inibitoria veloce ma anche eccitatori, sono anche i nicotinismi