Sistema sensoriale
provvede:
• Riconoscimento e trasferimento dei
segnali al sistema nervoso
Sistema nervoso
• Il suo funzionamento prevede il trasporto
degli stimoli percepiti ad un centro di
elaborazione dove questi vengono
integrati e da dove partirà una
conseguente risposta
• Il centro di elaborazione integrazione e
risposta è il cervello.
• La capacità di integrare più stimoli e
dare una risposta integrata dipende dalla
complessità del cervello.
• Tutti gli animali percepiscono gli stimoli e
sono in grado di dare una risposta
ma l’integrazione di più stimoli dipende
dalla complessità del centro di
elaborazione presente in quel dato gruppo
animale
neuroni
• Cellule specializzate per la ricezione e
interpretazione degli stimoli.
• Il sistema nervoso è costituito dalla
rete di comunicazione neuronale
unitamente alle cellule della glia (non
neuronali)
Neuroni a funzione recettoriale
• Neuroni specializzati nel rilevamento di
stimoli ambientali :luce pressione
temperatura ecc
I neuroni recettoriali si associano a
cellule non sensoriali per formare gli
Organi di senso
Struttura neurone multipolare
• Corpo cellulare,soma,che contiene il nucleo
• Dendriti:prolungamenti numerosi,brevi e
ramificati che raccolgono i segnali e li
conducono al soma
• Assone:prolungamento(singolo o ramificato)
che conduce i segnali verso altre cellule nervose
,muscoli,ghiandole
• Neurone unipolare differisce per la
mancanza dei dendriti e sarà il soma a ricevere
direttamente gli stimoli
Assone
• Avvolto da una guaina mielinica
stratificata e isolante formata da cellule di
Schwann, non sensoriali,.
Tra le cellule di Schwann ci sono degli spazi
,nodi neurofibrillari(o di Ranvier) che
hanno un ruolo nella conduzione rapida
degli impulsi nervosi
Tipi di neuroni in base alla funzione
• Neuroni sensoriali: ricevono le
informazioni dalle cellule recettoriali e li
trasmettono al SN centrale
• Motoneuroni:conducono gli impulsi dal
SNC ai vari effettori(ghiandole,muscoli)
• Interneuroni:trasferiscono i segnali dai
neuroni sensoriali a quelli motori
Ricordando che
:Il trasporto attivo
• Una rana in uno stagno d’acqua dolce ha liquidi
interni con una concentrazione di soluti 40-50
volte maggiore rispetto a quella dell’ambiente
acquoso.
• Il mantenimento di questa differenza è reso
possibile dal fatto che nella cute della rana sono
presenti proteine capaci di “pompare” sali
dall’ambiente nell’organismo contro
gradiente di concentrazione
• Il trasporto attivo richiede energia chimica che
viene fornita dall’idrolisi dell’ATP
Pompa sodio-potassio
• È una delle proteine di trasporto attivo
più diffusa presente in tutti i tipi di eucarioti
• Essa trasporta ioni sodio fuori dalle cellule
e ioni potassio all’interno delle stesse
contro gradiente di concentrazione
Pompa sodio-potassio nelle cellule
nervose
• Le cellule nervose hanno una
concentrazione di ioni potassio(es.uomo)
30 superiore al liquido
extracellulare,grazie all’attività della
pompa sodio-potassio.
• questa pompa oltre ad essere una
proteina è anche un enzima(ATPasi
adenosina trisfosfatasi)e come tale
idrolizza l’ATP usando l’energia per
formare i gradienti ionici.
Propagazione di un impulso
nervoso
• È il risultato del movimento di
ioni attraverso la membrana
plasmatica
Neurone a riposo
• Neurone che non sta conducendo nessun
impulso.
Grazie all’azione della pompa:
• La concentrazione di ioni potassio è circa
30 volte maggiore all’interno che
all’esterno
• La concentrazione di ioni sodio è circa 1015 volte maggiore all’esterno che
all’interno
• In seguito all’azione della pompa si
potrebbe presumere che seguendo il loro
gradiente di concentrazione gli ioni
potassio dovrebbero diffondere all’esterno
mentre gli ioni sodio verso l’interno
Ma effettivamente gli ioni diffondono
attraverso le membrane solo percorrendo
specifici canali:
Canali dispersivi :sempre aperti
Canali controllati: che possono essere
chiusi o aperti
Allo stato di riposo
• Gli ioni potassio escono dalla cellula
attraverso i canali dispersivi ma il neurone
non ha canali dispersivi per gli ioni sodio
• Cosi grazie all’uscita degli ioni potassio si
crea attraverso la membrana una
differenza di potenziale elettrico:
Esterno carico positivamente
Interno carico negativamente
Stato di riposo
• La membrana avrà un potenziale di riposo
negativo -70mV ed si dice polarizzata
Stato “stimolato”
• Se la membrana a riposo di un assone viene
stimolata essa risponde aprendo alcuni canali
controllati per il sodio che entrerà secondo
gradiente dentro la cellula.
• L’ingresso degli ioni sodio positivi determinerà
una diminuzione del potenziale di membrana
rendendolo meno negativo
• Diminuirà la polarità tra i due lati della
membrana che diventa depolarizzata
• Stimolo abbastanza grande→apertura dei
canali controllati per il sodio → potenziale di
membrana invertito diventa positivo →
superamento della soglia raggiunge valore di
positività circa +50mV → depolarizzazione
• chiusura porte sodio →
• apertura canali controllati potassio → ioni
potassio escono dalla cellula →
• ritorno ad un potenziale di membrana
negativo →
• chiusura delle porte per ioni
potassio,(rimarranno aperti solo i canali
dispersivi per potassio) →
• stato di riposo (memb. polarizzata)
Potenziale d’azione
• È la differenza di potenziale che si crea
tra l’arrivo dello stimolo e il ripristino della
condizione di riposo
• I movimenti di ioni attraverso la membrana
dei neuroni sono alla base della
comunicazione nervosa
• Alcuni anestetici chiudono le porte dei
canali ionici nelle membrane neuronali
cosichè i neuroni interessati sono incapaci
di generare un potenziale d’azione e non
possono informare l’encefalo circa impulsi
dolorosi.
propagazione del potenziale
d’azione
• Il potenziale d’azione che si crea in un punto è la
scintilla che crea un impulso nervoso
• La propagazione lungo l’intero decorso
dell’assone è una reazione a catena:
Potenziale d’azione in un sito induce
depolarizzazione nel sito adiacente iniziando in
quel punto un altro potenziale d’azione e così
via fino ad arrivare alla cellula bersaglio
Velocità di propagazione
• Dipende dal diametro dell’assone e dal fatto che esso
sia o meno circondato dalla guaina mielinica
• Per gli invertebrati il vantaggio adattativo è avere
assoni con maggiore diametro per raggiungere quindi
una maggiore velocità di propagazione
• con i vertebrati l’evoluzione ha portato all’adattamento
della guaina mielinica ossia il potenziale d’azione si può
creare solo nei nodi di Ranvier di conseguenza l’impulso
nervoso si propagherà saltando di nodo in
nodo:consentendo una maggiore velocità di conduzione
del segnale, conduzione saltatoria
Trasduzione del segnale
• Il bulbo terminale (porzione terminale
dell’assone) è il luogo dove il potenziale
d’azione viene convertito in un messaggio
chimico che può essere tradotto dal neurone
successivo
• Sinapsi :associazione tra il bulbo terminale di un
assone e la regione di membrana ,con cui viene
a contatto il bulbo,del neurone successivo
• Fessura sinaptica: spazio fisico che separa le
due membrane(20nm)
• Membrana presinaptica :quella del bulbo
• Membrana postsinaptica: quella della
cellula contattata
• Tipi di sinapsi:
1)asso-dendritiche
2)asso-assoniche
3)asso-somatiche
• Tipi di sinapsi:
1)asso-dendritiche
2)asso-assoniche
3)asso-somatiche
Sinapsi chimica
• Necessita di un mediatore per trasportare
il messaggio dalla membrana presinaptica
a quella postsinaptica
Questi mediatori sono
molecole,neurotrasmettitori,che si
trovano in piccole vescicole nel bulbo
sinaptico.
Sinapsi elettrica
• determina un effetto diretto sulla cellula
bersaglio. Avviene tra i neuroni e i
muscoli.
L’effetto elettrico del potenziale d’azione
determina nella fibra muscolare una
cascata di reazioni che si concludono con
la contrazione.(riflessi quindi rapida
trasmissione)
Evoluzione del sistema nervoso
• Formazione delle sinapsi
• Associazione delle fibre nervose a formare
i nervi
• Concentrazione dei corpi cellulari per
formare i gangli(associazioni funzionali)
aumento della complessità del
sistema nervoso
Taglia degli animali
Loro mobilità
Simmetria del corpo
Animali piccoli ma molto mobili e animali
grandi ma poco mobili→sistema nervoso
più semplice
Evoluzione del sistema nervoso
• Poriferi:modificazione del calibro dei pori
o dell’attività del coanociti
in relazione alle esigenze alimentari o alla
percezione della presenza di sostanze
tossiche nell’ambiente
Cnidari
• Rete nervosa in tutto il corpo formata da
neuroni interconnessi
• Non esiste centro di integrazione(cervello)
• In alcuni casi,meduse,concentramento
neuronale in anelli nervosi vicino al polo
orale
Passaggio da simmetria raggiata a
bilaterale:cefalizzazione
• Animali pelagici:riceve stimoli sempre uguali su
tutto il corpo,nessuna direzione di movimento
preferenziale
• Animali bentonici:ricevono stimoli dall’alto diversi
da quelli che ricevono dal fondo,evoluzione di
una parte ventrale ed una dorsale simm.
Bilaterale,direzione di movimento preferenziale
con organi sensoriali posti in situazione cefalica.
• Passaggio da sistema nervoso a rete a quello
cefalizzato
Platelminti:nelle specie più evolute
• Due gangli di cellule nervose a livello del
capo,da essi di dipartono posteriormente due
cordoni nervosi interconnessi e le cui
ramificazioni raggiungono tutte le parti del corpo
Crostacei,anellidi,molluschi,
artropodi
• Maggiore centralizzazione
• Aumento del numero dei gangli
anellidi
ganglio sopraesofageo e catena gangliare
ventrale
• Centro neuronale indipendente che
controlla ogni segmento.
• Cordone nervoso longitudinale che collega
tutti i centri,coordinandoli funzionalmente.
artropodi
Sistema nervoso simile nel piano
organizzativo a quello degli anellidi e
organi di senso
molluschi
• Un anello di neuroni disposti intorno
all’esofago (periesofageo )dal quale si
dipartono una coppia di cordoni
nervosi che si spingono caudalmente.
• Svariati organi di senso specializzati.
• Bivalvi SN sempice, cefalopodi massima
espressione del SN tra gli invertebrati
Sistemi sensoriali
• Ricevono stimoli ambientali diversi,li
interpretano e li passano al SNC che li
elaborano e risponde
• Agiscono trasformando il segnale ambientale in
messaggio elettrico,questo passa attraverso i
neuroni ed arriva al SNC
• È costituito da:
1)Recettori
2)Vie neuronali
3)Parti del cervello atte alla percezione di un dato
segnale
recettori
• Cellule nervose che ricevono gli stimoli
ambientali
• Esorecettori:informazioni dall’ambiente
esterno
• Endorecettori:informazioni dal corpo
Organi di senso
• Recettori + altri elementi cellulari
non sensoriali
Meccanismo sensoriale
• 1)rivelazione del segnale
• 2)trasduzione ossia conversione dello
stimolo in impulso nervoso
Riconoscimento specifico dello
stimolo
• Gli stimoli nervosi provenienti da specifici
recettori arrivano sempre nelle specifiche
aree del SN che può interpretarle nella
giusta maniera
• La codifica dell’intensità dello stimolo è
legata al numero di potenziali d’azione che
arrivano al cervello in un’unità di tempo
(frequenza dell’impulso)
Riduzione della risposta in
presenza di uno stimolo
persistente
Adattamento del recettore
Adattamento del recettore
• È una funzione fisiologica che porta ad
una perdita di “sensibilità” del recettore
ossia il recettore si adatta a quel dato
livello di stimolo e si risveglierà qualora lo
stimolo aumenta o cambia (es.
assuefazione ad un dato odore)
Recettori facilmente adattabili(es.
tattili,olfattivi)
Recettori poco adattabili
• Ma vi sono invece recettori poco adattabili
come ad es quelli dello stato di
contrazione muscolare che dovendo
segnalare costantemente la posizione del
corpo non possono divenire “insensibili”e
quindi adattarsi allo stimolo.
Chemiorecettori
sono neuroni recettorali con capacità di
percepire le sostanze chimiche
• I principali sistemi sensoriali per la
chemiorecezione sono olfatto e gusto
• Nei vertebrati ci sono i nervi olfattivi e
gustativi
mentre negli invertebrati si parla di
percezione per contatto
Non hanno chemiorecettori
• Protozoi:non hanno chemiorecettori ma la
chemiorecezione intesa come attrazione o
allontanamento da alcune sostanze
chimiche disciolte nell’acqua avviene
attraverso la membrana plasmatica
• Poriferi:reagiscono alla presenza di sost.
chimiche potenzialmente dannose
arrestando il battito dei coanociti
Presenza di chemiorecettori in:
• Cnidari :cellule sensoriali chimiche diffuse sulla
superficie corporea e sui tentacoli
• Platelminti e Anellidi :cellule chemiorecettrici
cutanee situate spesso in prossimità del
capo(organi nucali)
• Molluschi:singole cellule chemiorecettrici nelle
branchie,tentacoli,regione orale.
Presentano pure l’Olfadio un organo
specifico,presente nel mantello, monitoratore
chimico dell’acqua in entrata.
• Artropodi: chemiorecettori localizzati in
antenne(percezione a distanza),parti
boccali,zampe,corpo, ovopositori.
• Insetti: i sensilli sono recettori sensoriali
localizzati sulle antenne(appendici pari)
Vertebrati
• Microsmatici:(uomo e altri primati)
riescono a discernere un set limitato di
sostanze chimiche
• Macrosmatici:(es. canidi identificazione
dei diversi individui del branco dall’odore)
riescono a discernere un maggior numero
di sostanze chimiche con una sensibilità
maggiore
Vertebrati: chemiorecettori
• Recettori olfattivi situati nelle cavità
nasali,vanno incontro a morte cellulare.
• Anfibi rettili e molti mammiferi: si
aggiunge l’organo di Jacobson localizzato
nella volta della bocca
Es. serpenti e lucertole movimento della
lingua per catturare molecole olfattive e
condurle all’organo di Jacobson
Vertebrati:chemiorecettori
• Recettori gustativi: localizzati sui bottoni
gustativi presenti nei tetrapodi sulla lingua
• nei pesci nella gola e sul capo e sup.
corporea o sui barbigli(appendici del
capo)che servono per saggiare la qualità
dell’ambiente acqua circostante
Meccanorecettori
•
•
•
•
•
•
Tattocettori
Propriocettori
Organi di senso statico
Fonorecettori
Neuromasti
Nocicettori
Meccanorecettori
Predisposti alla percezione di stimoli derivanti dal
contatto,stiramento dei muscoli,pressione,gravità,suono
• Tattocettori:percepiscono il contatto fisico si trovano
concentrati nelle regioni implicate in tale funzione.
Molluschi privi; insetti peli tattili, molti mammiferi vibrisse
per l’estenzione del senso tattile. Vertebrati:corpuscoli di
Meissner sulla cute e un po’ più profondi corpuscoli di
Pacini
• Propriocettori: si trovano in muscoli,tendini,pareti
vasi sangugni, rilevano la tenzione muscolare e quindi la
posizione reciproca degli elementi del corpo
meccanorecettori
La capacità degli animali di percepire la
posizione del corpo nello spazio è
fondamentale per una corretta attività motoria
A tale scopo si sono evoluti
• Organi di senso statico :percepiscono la
posizione del corpo nello spazio
• INVERTEBRATI :Statocisti con cellule ciliate
sensoriali e statolite,sferetta di materiale
inorganico.
INVERTEBRATI :Organi di senso
statico
• Statocisti :capsula rivestita da cellule
ciliate sensoriali e contenente al suo
interno la statolite,sferetta di
materiale inorganico.
INVERTEBRATI
:Statocisti
Vertebrati :Organi di senso
statico
• le cellule ciliate che ricevono le
informazioni posizionali sono localizzate
nell’orecchio interno insieme agli
otoliti,granellini inorganici.
Meccanorecettori
• Tattocettori
• Propriocettori
• Organi di senso statico
• Fonorecettori
• Neuromasti
• Nocicettori
meccanorecettori
•Fonorecettori:meccanorecettori per il suono
Solo alcuni insetti e i vertebrati utilizzano
la comunicazione sonora
• Solo in alcuni insetti è presente una vera
membrana timpanica diversamente
dislocata es. grilli sulle zampe anteriori
Vertebrati : Sistema uditivo
• Orecchio esterno
• Orecchio medio
• Orecchio interno
• Orecchio esterno :canale uditivo che
canalizza i suoni fino alla membrana
timpanica.
Manca in pesci e anfibi.
Nei mammiferi è preceduto dal padiglione
auricolare
• Orecchio medio: nei tetrapodi
presenta una struttura ossea la staffa che
è in grado di trasferire il segnale sonoro
amplificandolo
Nei mammiferi si aggiungono altri due
ossicini incudine e martello a stessa
funzione
Nei Pesci talvolta è presente una struttura
omologa
• Orecchio interno: cellule ciliate
preposte alla traduzione dei suoni che nei
Tetrapodi si trovano in una struttura detta
lagena.
• Pesci anfibi e rettili equivalente la
lagena ma ridotta.
• Mammiferi allungata e avvolta a spirale
prende il nome di coclea
meccanorecettori
• Neuromasti presenti in pesci ed anfibi,
permettono di rilevare le vibrazioni che si
diffondono nell’acqua e anche le direzioni
delle correnti
• Nocicettori:percepiscono le sensazioni
dolorose
Nocicettori meccanici(pressioni,urti,fratture)
Nocicettori chimici(sostanze irritanti ecc)
Nocicettori termici(ustione,congelamento)
Processo visivo
• L’organo visivo dell’uomo è in grado di ricevere
e tradurre in impulsi nervosi visivi solo una
piccolo parte delle radiazioni dello spettro
elettromagnetico ossia spettro visibile.
• Molti animali,invece,recepiscono segnali
elettromagnetici anche al di fuori del nostro
spettro visibile.(es. serpenti radiazioni
dell’infrarosso,insetti dell’ultravioletto)
fotorecettori
• Il processo visivo inizia con la conversione
di pacchetti di energia elettromagnetica in
segnali nervosi da inviare al cervello ed è
eseguito dai fotorecettori
Processo di trasduzione della luce
La luce colpisce il fotopigmento,il cromoforo
si separa dall’opsina,l’energia che si libera
in seguito alla rottura di questo legame
chimico provoca un potenziale d’azione
che viene elaborato negli organi visivi e
poi decodificato dal cervello
• Fotopigmento è composto da una piccola
molecola il cromoforo(carotenoide) legata ad
una opsina(una proteina)
• L'occhio, o bulbo oculare, è l'organo di
senso principale dell'apparato visivo, che ha il
compito di ricavare informazioni sull'ambiente
circostante attraverso la luce.
• L'occhio umano (e degli organismi superiori)
raccoglie la luce che gli proviene dall'ambiente,
ne regola l'intensità attraverso un diaframma
(l'iride), la focalizza attraverso un sistema
regolabile di lenti per formarne un'immagine e
trasforma questa immagine in una serie di
segnali elettrici che attraverso il nervo ottico
vengono inviati al cervello per l'elaborazione e
l'interpretazione.
• Anche gli organismi più semplici rispondono ai
segnali luminosi:protozoi
• Invertebrati:posseggono fotorecettori
organizzati in strutture di varia complessità in
grado di rilevare solo la luce e la sua intensità
Dall’ocello a coppa pigmentata dei platelminti
capace di rilevare solo l’intensità della luce si
passa all’occhio composto degli artropodi
capace di formare un’immagine per
terminare con l’occhio dei molluschi
cefalopodi strutturalmente molto simile a
quello dei vertebrati
occhio composto degli artropodi
• Costituito da migliaia unità
visive,ommatidi,ciascuna in grado di raccogliere
informazione relative ad una piccola regione del
campo visivo. Poca definizione ma alta capacità
di percepire oggetti in movimento.
• si viene a formare un mosaico di minuscole
immagini tanto più definito quanto più sono gli
ommatidi;
L’occhio dei vertebrati è rivestito da uno strato protettivo
esterno di tessuto connettivo,la sclera che nella sua parte
anteriore trasparente forma la cornea che lascia entrare la
luce.
La luce quindi attraversa la cornea, attraversa la camera
anteriore dell’occhio ripiena di liquido e attraversa la pupilla
che si trova al centro dell’iride(disco membranoso che dà il
colore all’occhio e funge da diaframma per l’ingresso della
luce)e arriva su una lente, il cristallino,che la concentra sulla
retina dove si trovano i fotorecettori (coni e bastoncelli).
Il cristallino divide l’occhio in due compartimenti,quello esterno che
contiene l’umor acqueo e quello interno che contiene corpo vitreo (struttura
gelatinosa).Entrambe fungono da lenti aggiuntive
• Luce→cornea→
camera ant. con liquido→
pupilla posta al centro dell’iride(disco membranoso che dà il colore all’occhio)che regola il
diametro della pupilla e quindi la luce in entrata→
Cristallino(una lente) concentra la luce sulla retina.
fotorecettori
• Coni :regione centrale della retina(fovea)consentono la
visione della luce del giorno e la percezione dei
colori(rosso,verde,blu)
• Bastoncelli:periferia della retina visione crepuscolare e
notturna
Gli apici dei coni e bastoncelli sono in contatto con lo strato
epiteliale pigmentato.
quando li livello della luce è alto questo strato si estende
tra i fotorecettori bloccando l’eccesso di luce
mentre quando la luce è bassa lo strato si ritrae
permettendo ai fotorecettori di avere una maggiore
esposizione
Accomodamento
Messa a fuoco degli oggetti sulla retina
Cefalopodi Pesci Anfibi :il cristallino sferico si
sposta avanti ed indietro per la messa a fuoco
Rettili uccelli e mammiferi: il
cristallino(fisso)cambia il suo raggio di curvatura
si appiattisce per focalizzare oggetti
distanti,diventa quasi sferico per oggetti vicini
Cristallino,lente che concentra la luce sulla retina
elettrorecettori
• Il meccanismo di elettrorecezione ossia
percezione di campi elettrici è possibile
solo in ambiente acquatico(minore
resistenza alla trasmissione dei fenomeni
elettrici)
• Elettrorecettori più noti:ampolle di
Lorenzini negli Elasmobranchi
Rilevazione di campi elettrici
• Elasmobranchi,teleostei,alcuni
anfibi,ornitorinco
• Per esempio la capacità di percepire
campi elettrici prodotti dalla contrazione
muscolare di altri organismi.
Alcuni animali riescono così a percepire la
contrazione dei muscoli della respirazione
ed individuare la preda.
Generazione di campi elettrici
• Prodotti da particolari organi elettrici costituiti
da tessuto muscolare che contraendosi genera
differenze di potenziale che sono alla base del
campo elettrico( difesa, attacco,orientamento)
• Orientamento alcuni pesci emettono deboli ma
continue scariche elettriche che creano intorno
ad essi un campo elettrico di cui percepiscono le
distorsioni date da elementi circostanti