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H. Curtis, N. S. Barnes, A. Schnek, G. Flores
Invito alla
biologia.blu
C – Il corpo umano
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I neuroni e il
sistema nervoso
periferico
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Fisiologia del sistema nervoso
Gli ormoni sono stimoli chimici che interagiscono con
recettori specifici e innescano una risposta allo stimolo che
ne ha causato il rilascio.
Esiste una sovrapposizione tra sistema nervoso ed endocrino.
Il sistema nervoso a volte trasmette il messaggio per via
chimica, con i neurotrasmettitori, nelle vicinanze delle
cellule bersaglio.
Cellule neurosecretrici: rilasciano neurormoni nel circolo
sanguigno e agiscono a distanza.
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Fisiologia del sistema nervoso
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Fisiologia del sistema nervoso
I neuroni sono cellule che inviano informazioni da una parte
all’altra del corpo.
I neuroni sensoriali ricevono e trasmettono informazioni
sensoriali al sistema nervoso centrale.
Gli interneuroni trasmettono i segnali all’interno dell’encefalo e
del midollo spinale.
I neuroni motori: mandano impulsi dal sistema nervoso
centrale a organi effettori, come muscoli o ghiandole.
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Fisiologia del sistema nervoso
Ogni cellula nervosa è caratterizzata da:
corpo cellulare, assone, dendriti;
cono di emergenza da cui ha origine l’impulso nervoso;
terminazione assonica, struttura finale dell’assone a
forma di bottone, tramite la quale l’impulso nervoso passa
a un organo effettore o a un altro neurone.
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Fisiologia del sistema nervoso
Le cellule gliali circondano i neuroni, provvedono al loro
nutrimento, rimuovono i rifiuti, accelerano la conduzione
dell’impulso, hanno funzione di sostegno, isolamento e
protezione e occupano il 50% del tessuto nervoso.
Astrociti: barriera tra neuroni e capillari sanguigni, a livello
periferico se ne occupano le cellule satelliti.
Oligodendrociti a livello centrale, e le cellule di Schwann a
livello periferico, si avvolgono a spirale intorno agli assoni
formando una guaina ricca di mielina.
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Fisiologia del sistema nervoso
Gli oligodendrociti forniscono la guaina mielinica a più
neuroni, mentre ogni cellula di Schwann si dedica a un solo
neurone. La guaina mielinica non è continua, ma presenta
interruzioni a intervalli regolari, i nodi di Ranvier.
Il cono di emergenza è privo di guaina mielinica.
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Potenziale elettrico: differenza tra la quantità di carica
elettrica di una regione a carica positiva e una a carica
negativa.
L’energia potenziale viene trasformata in elettrica quando le
particelle sono fatte passare attraverso un conduttore che
collega le due regioni. La differenza di energia potenziale tra
le due regioni si misura in volt o millivolt.
L’attività elettrica degli assoni del calamaro è stata misurata
con microelettrodi attraverso un oscilloscopio (che misura il
voltaggio in funzione del tempo).
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Quando entrambi gli elettrodi
sono all’esterno e lontani dal
neurone non si registra
differenza di potenziale.
Se uno dei due elettrodi è
all’interno si registra una
differenza di potenziale di circa 70 millivolt detta potenziale di
riposo (con l’interno carico
negativamente).
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Fisiologia del sistema nervoso
Il potenziale elettrico dell’assone è instaurato dalla differenza
di concentrazioni di ioni potassio e sodio tra i lati della
membrana.
A riposo la concentrazione di ione potassio nel citoplasma di
un assone è di circa 30 volte maggiore rispetto all’esterno.
La concentrazione di Na+ è invece 10 volte maggiore nel
liquido extracellulare rispetto al citosol.
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La distribuzione degli ioni è regolata da diversi fattori:
la diffusione di particelle secondo gradiente di
concentrazione;
Il fenomeno secondo cui le particelle di carica opposta si
attraggono e quelle uguali si respingono;
le proprietà della membrana.
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Passaggio di ioni:
•le proteine integrali di membrana sono canali di passaggio
per diffusione, di cui è ricca la membrana dell’assone;
•i canali a controllo di potenziale o voltaggio dipendenti
dipendono dalle variazioni di potenziale elettrico, a riposo
quelli per sodio e potassio sono chiusi;
•la pompa sodio-potassio trasporta fuori dall’assone 3 ioni
sodio e porta all’interno 2 ioni potassio, consuma una
molecola di ATP, è sempre in funzione e mantiene il
potenziale di riposo a -70 millivolt.
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Potenziale di riposo: equilibrio tra tendenza degli ioni K+ ad
uscire secondo gradiente e a restare nel citosol secondo
carica.
Il doppio strato della membrana è impermeabile agli ioni e
le molecole cariche negativamente non possono seguire K+,
che viene riattratto nel citosol per motivi di carica.
All’equilibrio c’è prevalenza di cariche negative nella cellula;
la membrana viene detta polarizzata e il potenziale a riposo è
pari a -70 mV.
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Potenziale d’azione: se l’assone è percorso da uno stimolo,
l’oscilloscopio registra una inversione della polarità della
membrana, che diventa positiva all’interno.
Impulso nervoso: potenziale d’azione che procede lungo la
membrana.
Lo stimolo della membrana fa aprire i canali del sodio, gli ioni
entrano per gradiente di concentrazione e di carica.
Si ha una temporanea modifica della polarità della membrana,
positiva all’interno.
La differenza di potenziale in quel punto passa da -70 mV a
+40 mV e dura un millisecondo.
I canali del sodio si chiudono: fase di depolarizzazione.
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Fisiologia del sistema nervoso
In seguito, si aprono i canali K+ e gli ioni fuoriescono
dall’assone; il potenziale elettrico si abbassa.
Gli ioni escono per gradiente di concentrazione, producendo
una fase post-iperpolarizzante del potenziale di azione
(anche fino a -80 mV).
I canali si chiudono e grazie alla pompa sodio-potassio viene
ripristinato il potenziale a riposo, fase di ripolarizzazione.
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Fisiologia del sistema nervoso
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Fisiologia del sistema nervoso
In un millisecondo,
ogni canale ionico
consente il passaggio
di circa 7000 ioni Na+
e K+.
I potenziali d’azione si muovono lungo l’assone
con modifiche nelle concentrazioni ioniche
vicine alla membrana che non influiscono sulle
concentrazioni interne degli stessi ioni.
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Fisiologia del sistema nervoso
Cono d’emergenza: primo punto nel
quale si manifesta il potenziale
d’azione.
Il potenziale di azione si autopropaga:
ioni carichi positivamente passano
all’area adiacente allo stimolo.
Ne deriva una parziale
depolarizzazione, da -70 mV a -50 mV:
valore soglia che permette l’apertura
dei canali del sodio a controllo di
potenziale.
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Fisiologia del sistema nervoso
Caratteristiche del potenziale d’azione:
•l’assone conduce l’impulso per tutta la sua lunghezza senza
che diminuisca di intensità;
•è unidirezionale, ovvero il sito immediatamente precedente
al passaggio del potenziale ha un periodo refrattario di
iperpolarizzazione, i canali del sodio non possono aprirsi.
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Fisiologia del sistema nervoso
«Tutto o niente»:
si genera un
potenziale solo se
lo stimolo è forte,
e il valore resta
sempre costante.
La variazione di forza dello stimolo si traduce in un
aumento nella frequenza con cui vengono generati gli
impulsi.
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La comunicazione tra neuroni
Le sinapsi sono giunzioni
specializzate attraverso cui
viaggiano i segnali da un
neurone all’altro.
Sinapsi elettrica: giunzione
comunicante, il potenziale
elettrico si trasmette senza
interruzioni e con la stessa
frequenza da un neurone
all’altro o all’organo effettore,
presenti nel cuore e nel tubo
digerente.
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La comunicazione tra neuroni
La sinapsi chimica: i due
neuroni sono separati
dallo spazio sinaptico, il
messaggio passa
attraverso i
neurotrasmettitori,
l’intensità è maggiore
all’aumentare delle
molecole rilasciate.
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La comunicazione tra neuroni
I neurotrasmettitori sono sintetizzati dentro i neuroni e
impacchettati in vescicole presenti nelle terminazioni
assoniche.
L’arrivo del potenziale alla terminazione assonica provoca
l’apertura di canali per gli ioni calcio a controllo di potenziale.
Il calcio passa dal liquido extracellulare all’interno della
cellula provocando la fusione delle vescicole sinaptiche con la
membrana e il rilascio del neurotrasmettitore.
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La comunicazione tra neuroni
I neurotrasmettitori attraversano lo spazio sinaptico per
legarsi ai recettori posti sulla membrana post-sinaptica.
Questo legame con il recettore induce, direttamente o
tramite un enzima che attiva un secondo messaggero,
l’apertura dei canali per il sodio e la depolarizzazione della
membrana.
I neurotrasmettitori vengono poi distrutti o rimossi da enzimi
specifici o dalle cellule gliali.
Ricaptazione: in alcuni casi vengono riassorbiti dalla
terminazione presinaptica per essere riciclati.
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La comunicazione tra neuroni
Potenziale graduato: numerose cellule presinaptiche,
ciascuno con il suo messaggio, agiscono sul neurone postsinaptico.
Si instaura un potenziale d’azione solo se l’effetto
complessivo permette la depolarizzazione della membrana
tale da aprire i canali del sodio.
Potenziale graduato: la quantità e il tipo di
neurotrasmettitori che agiscono sui dendriti del neurone
post-sinaptico possono dare stimoli di intensità diverse in
relazione al numero dei canali ionici coinvolti.
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La comunicazione tra neuroni
Sinapsi eccitatorie: se il neurotrasmettitore induce l’apertura
dei canali per il sodio con depolarizzazione della membrana.
Sinapsi inibitorie: se il neurotrasmettitore impedisce
l’apertura dei canali del sodio o apre i canali per il cloro, si
ottiene una iperpolarizzazione. L’impulso proveniente da
altre sinapsi eccitatorie passerà con difficoltà.
Fenomeno della sommazione: l’informazione ottenuta è il
risultato dell’elaborazione e dell’integrazione di tutti gli
impulsi ricevuti.
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Tipologie di neurotrasmettitori
Amminoacidi - tra i più diffusi ci sono GABA (inibitorio) e
acido glutammico (eccitatorio), una sua eccessiva presenza
porta a iperattività, insonnia e cefalea.
Neuropeptidi:
encefaline, sostanza P, neurotensina;
endorfine, prodotte dalla ghiandola ipofisi, hanno una
funzione analgesica e la maggior concentrazione di
recettori è localizzata nel midollo spinale, sono responsabili
del senso di benessere che si genera durante l’orgasmo,
l’ascolto di musica, l’assunzione di cibi preferiti, un
massaggio, la vittoria in una gara. Praticare sport stimola il
rilascio di endorfine.
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Tipologie di neurotrasmettitori
Ammine biogene:




le catecolammine sono coinvolte nel comportamento, nei
processi cognitivi e nelle emozioni, la loro azione è lenta,
ma persistente;
dopamina, ci permette di sfuggire al pericolo, mantenere
un equilibrio psichico e reagire a situazioni competitive;
noradrenalina regola le reazioni alle emergenze e la
risposta allo stress, aumenta l’attenzione vigile, la
pressione, il battito cardiaco e dilata i bronchi;
la serotonina regola l’ansia, i cicli sonno-veglia e il
controllo della temperatura corporea.
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Tipologie di neurotrasmettitori
Neurotrasmettitori gassosi:

ossido nitrico (NO);

monossido di carbonio (CO).
Grazie alla loro natura gassosa possono diffondere a distanza
e non hanno bisogno di recettori di membrana per
penetrare nelle cellule, agiscono sia sulla membrana
presinaptica sia su quella post-sinaptica.
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Le droghe
Sostanze psicoattive che interagiscono con l’attività dei
neurotrasmettitori.
Tolleranza: necessità di ingerire dosi sempre crescenti per
ottenere gli stessi effetti ottenuti all’inizio a dosi minori.
Assuefazione: abitudine agli effetti piacevoli delle prime
assunzioni, desiderio impellente di ripetere l’esperienza.
Dipendenza: bisogno continuo di assumere la sostanza,
difficoltà a smettere.
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Le droghe
Astinenza: fenomeni fisici (tremori, tachicardia, ipertensione,
dolori diffusi, contrazioni muscolari, disturbi gastrointestinali)
e psichici (irritabilità, ansia, aggressività, depressione)
conseguenti alla brusca interruzione dell’assunzione della
droga;
Overdose: assunzione della droga in dose tale da portare a
coma; i sintomi sono tremori, confusione mentale, delirio,
psicosi, convulsioni fino al collasso cardiocircolatorio e morte.
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Le droghe
Caffeina, nicotina e amfetamine agiscono sui recettori per la
noradrenalina, la nicotina favorisce anche la liberazione di
dopamina, dando un senso di benessere e la scomparsa della
stanchezza.
Le sostanze allucinogene inducono il rilascio di serotonina, la
ketamina blocca i recettori per l’acido glutammico, l’alcol
potenzia gli effetti del GABA.
Morfina ed eroina si combinano con i recettori per le
endorfine, alleviando il dolore ma riducono la normale
produzione di questo neurotrasmettitore.
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Il sistema nervoso
Sistema nervoso centrale (SNC):
•encefalo - tessuto e organi protetti dal cranio, comprende
cervello, tronco cerebrale, cervelletto;
•midollo spinale - tessuto nervoso all’interno della colonna
vertebrale;
•nervi - raggruppamento di assoni che formano dei fasci;
•tronco cerebrale - contiene nervi ascendenti e discendenti
che collegano il cervello al midollo spinale, i corpi cellulari i
cui assoni innervano i muscoli e le ghiandole della testa, i
centri di controllo della pressione e del respiro;
•nuclei - ammassi di corpi cellulari dei neuroni.
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Il sistema nervoso
Il sistema nervoso periferico (SNP):
•nervi cranici - raccolta di fibre dei neuroni motori e
sensoriali, si connettono direttamente con l’encefalo;
•nervi spinali - raccolta di fibre che si connettono con il
midollo spinale;
•gangli - ammassi di corpi cellulari dei neuroni;
•tratti - raggruppamento di assoni che formano dei fasci.
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Il sistema nervoso
periferico
Vie sensoriali che ricevono le
informazioni dagli organi e le
trasmettono al sistema nervoso
centrale.
Vie motorie, trasmettono le
informazioni agli organi effettori.
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Il sistema nervoso periferico
I nervi cranici mettono in relazione testa e collo con
l’encefalo, sono 12 paia in contatto con il tronco encefalico.
Nervo vago: eccezione, si prolunga a innervare anche torace
e addome.
Nervi cranici misti: componente sia sensoriale sia motoria.
I nervi spinali sono 31 paia e connettono con il midollo
spinale dal collo fino all’osso sacro.
Coppie di nervi spinali entrano ed escono dal midollo spinale,
la fibra motoria di ogni coppia innerva i muscoli, quella
sensoriale riceve impulsi dai recettori della stessa area.
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Il sistema nervoso periferico
Nei nervi spinali le fibre motorie e sensoriali si separano
quando arrivano al midollo spinale.
Quelle sensoriali entrano nel lato dorsale (radice dorsale),
dove formano sinapsi con gli interneuroni o i neuroni motori,
oppure salgono verso il cervello.
I corpi cellulari dei neuroni sensoriali si trovano nei gangli
della radice dorsale, fuori dal midollo spinale.
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Il sistema nervoso periferico
Le fibre dei neuroni motori
emergono dal midollo
spinale sul lato ventrale
(radice ventrale).
I corpi cellulari dei neuroni
motori sono situati nel
midollo spinale dove
ricevono gli impulsi dagli
interneuroni e dai neuroni
sensoriali.
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Il sistema nervoso periferico
Gli archi riflessi permettono la connessione tra i neuroni
sensoriali, gli interneuroni e i neuroni motori nel midollo
spinale.
Sono circuiti neuronali che permettono una risposta rapida e
semplice a uno stimolo.
Se per esempio appoggiamo un piede su un vetro, i neuroni
sensoriali trasmettono l’informazione agli interneuroni che
sollecitano i neuroni motori a far ritrarre la gamba, prima che
il cervello elabori lo stimolo del dolore.
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Il sistema nervoso periferico
Sistema nervoso motorio:
•il sistema nervoso somatico è deputato alla vita di
relazione, regola l’attività dei muscoli scheletrici, riceve
stimoli dall’ambiente esterno;
•il sistema nervoso autonomo è legato alla vita vegetativa,
controlla il muscolo cardiaco, le ghiandole e il tessuto
muscolare liscio, riceve segnali anche dai neuroni sensoriali
che controllano i cambiamenti che avvengono all’interno del
corpo come la variazione della pressione sanguigna.
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Il sistema nervoso periferico
La via a due neuroni: gli assoni possono far parte dello stesso
nervo. I corpi cellulari dei neuroni motori del sistema somatico e
autonomo sono localizzati nel SNC.
Gli assoni dei neuroni del sistema somatico sono lunghi anche
più di un metro e corrono senza interruzioni ai muscoli.
Gli assoni dei neuroni del sistema autonomo formano sinapsi
fuori dal SNC con altri neuroni motori, che innervano gli organi
effettori.
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Il sistema nervoso periferico
Differenze tra sistema nervoso autonomo e somatico:
•il corpo cellulare del secondo neurone coinvolto nel sistema
nervoso autonomo si trova nei gangli, distinti e in posizioni
diverse rispetto ai gangli dei neuroni sensoriali della radice
dorsale dei nervi spinali;
•gli assoni dei neuroni che emergono dal SNC e terminano
nei gangli sono detti pregangliari, quelli che fuoriescono
sono detti postgangliari.
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Sistemi simpatico e parasimpatico
Due sistemi
antagonisti.
Gran parte degli
organi è
innervata da
entrambi i
sistemi.
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Sistemi simpatico e parasimpatico
Il sistema parasimpatico è coinvolto nelle attività di recupero
del corpo, è attivo dopo un pasto abbondante. Sistema detto
«riposa e digerisci».
Si trova a livello di cranio e osso sacro e ha gangli all’interno
degli organi innervati.
Come mediatore chimico prevede l’acetilcolina. Rallenta il
battito cardiaco, aumenta i movimenti del muscolo liscio
della parete intestinale e stimola la secrezione delle
ghiandole salivari e gastriche.
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Sistemi simpatico e parasimpatico
Il sistema simpatico prepara il corpo all’azione in situazioni di
emergenza: «combatti o fuggi».
Si localizza a livello toracico e lombare e i gangli si trovano
vicini al midollo spinale. Il mediatore pregangliare è
l’acetilcolina, il mediatore postgangliare è la noradrenalina.
Caratteristiche della paura come l’aumento del battito
cardiaco, della pressione, l’iperventilazione, i sudori freddi, la
pelle d’oca, e la dilatazione delle pupille.
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