Omeostasi, neurone e contrazione muscolare: concetti di biologia e fisiologia

Omeostasi e Meccanismi di Mantenimento

1. Omeostasi L'omeostasi è un insieme di meccanismi che permettono di mantenere una situazione relativamente stabile sebbene discosta dall'equilibrio termodinamico. Cio è reso possibile dalla complessa interazione di processi attivi e passivi. Tale interazione deve essere orientata a mantenere e riprodurre un ambiente interno distinto e diverso da quello esterno. Ogni sistema omeostatico è caratterizzato da aspetti dinamici. L'omeostasi è strettamente legata allo stato stazionario è caratterizato da un ininterrotto operare di reazioni fisiche e chimiche che attraverso lo scambio di energia, reagenti e prodotti con l'ambiente esterno-permette la persistenza di una situazione stabile. Un ruolo molto importante nel mantenimento dell'omeostasi cellulare è svolto dai sistemi che permettono lo scambio di molecole tra il citosol e il liquido extracellulare e dalla loro regolazione:

• Processi passivi e processi attivi

Trasporto Passivo e Diffusione

> Trasporto passivo (cioè senza consumo di energia da parte della cellula) diffusione semplice diffusione facilitata osmosi Diffusione semplice Nella diffusione semplice molecole molto piccole e sostanze idrofobe attraversano la membrana liberamente, senza l'ausilio di sistemi proteici. La velocità di questo processo dipende dal gradiente di concentrazione. Diffusione facilitata Nella diffusione facilitata le molecole attraversano la membrana aiutate da proteine di trasporto, che ne facilitano e velocizzano il passaggio. Osmosi L'osmosi è la diffusione di molecole di acqua da una regione in cui la concentrazione di un soluto è minore a regione in cui la concentrazione del soluto è maggiore.

Trasporto Attivo e Regolazione

> Nel trasporto attivo le sostanze si muovono contro il gradiente di concentrazione (cioè si muovono da zone a minore concentrazione a zone a maggiore concentrazione) grazie a proteine di membrana specifiche (pompe) che sfruttano l'energia ottenuta dall'idrolisi dell'ATP. Trasporto attivo Primario Secondario 1 Simporto Antiporto

• Processi regolati Processi controllati da fattori esterni>>Feedforward Processi autoregolati->Feedback Feedback negativo: consiste in un circuito chiuso nel quale l'effetto prodotto (output) su un sistema da una causa primaria ritorna indietro a influenzare il processo che lo ha generato. L'azione a ritroso agisce in modo da contrastare la causa primaria, riportando il sistema alla sua condizione iniziale; essa rappresenta un modo per attuare l'omeostasi di un sistema. (Feedback positivo: la risposta rinforza lo stimolo, spingendo la variabile ancora più lontano dal proprio valore di riferimento. I feedback positivi non sono omeostatici) Controlli anticipatori (feedforward): quando il sistema di controllo conosce la dinamica temporale di un processo, ne ha una rappresentazione interna sottoforma di memoria e la utilizza per anticipare l'evoluzione del processo stesso, applicando i segnali di correzione prima di conoscere l'output del processo stesso.

Anatomia Funzionale del Neurone

2. Anatomia funzionale del neurone La costituzione interna del neurone è caratteristicamente identica a quella di tutti gli altri tipi di cellule: è visibile una membrana cellulare, un nucleo, un nucleolo, il citoplasma. La complicata morfologia del neurone è rappresentata da tre elementi:

• il corpo cellulare (soma): È la parte piu voluminosa del neurone, contiene il nucleo e maggior parte degli organuli (apparato di Golgi, neurofilamenti, neurotubuli, granuli di pigmento, sostanza tigroide, mitocondri, nucleo, reticolo endoplasmatico liscio e rugoso). Nel corpo vengono svolti maggior parte delle reazioni come sintesi proteica e metabolismo cellulare
• i dendriti: Escono dal corpo cellulare e si ramificano. Questi ricevono segnali da neuroni afferenti a livello di giunzioni specializzati chiamate sinapsi e lo propagano in direzione centripeta (verso il pirenoforo). I dendriti riconoscono gli mediatori neurotrasmetittori che vengono rilasciati dal neurone presinaptico, quindi possiamo dire che hanno la funzione di ricevere informazioni provenienti da altri neuroni. La costituzione dei dendriti è simile a quello del citosol cellulare, confermando l'ipotesi secondo la quale i dendriti formano semplicemente estensioni del resto del corpo cellulare.
• l'assone: È una fibra nervosa che parte dal corpo cellulare e ha il funzione di inviare informazioni, conduce il segnale in direzione centrifuga verso altre cellule. Un neurone contiene un solo assone ma quest'assone si puo ramificare e inviare cosi informazioni a piu altri neuroni. Le diramazioni si chiamano collaterali. Le informazioni che manda il neurone si propagano per lunghe distanze sottoforma di segnali elettrici chiamati potenziali d'azione. L'inizio e la fine dell'assone si chiamano rispettivamente monticolo assonale/cono d'emergenza (specializzato nella genesi del potenziale d'azione) e terminale assonico (specializzato nel rilascio del neurotrasmettitore).

Citoscheletro Neuronale

Il citoscheletro Il citoscheletro è un complicato reticolo di proteine fibrose all'interno del neurone, situato in particolare nei dendriti e nell'assone, esso svolge la funzione di rinforzo della struttura ed è costituito da tre varietà di proteine:

1. mictotubuli
2. neurofilamenti
3. microfilamenti (o filamenti di actina)

Componenti del Citoscheletro

1. Mictotubuli: i microtubuli formano lunghe catene tubolari di 25 nm di diametro, collocati longitudinalmente nell'assone e nei dendriti. Riescono a raggiungere lunghezze di diversi millimetri e sono a circa 80-200 nm gli uni dagli altri. 2. Neurofilamenti: i neurofilamenti sono collocati in fascicoli longitudinali (rispetto allo sviluppo assonico) il diametro medio è di circa 10 nm connessi da vincoli incrociati che sostengono meccanicamente l'assone e ne impediscono la rottura. Sono formati da lunghissime catene di aminoacidi dall'aspetto di bastoncelli. 3. Microfilamenti: i microfilamenti sono formati da filamenti di actina (1 nm di diametro) che costituiscono una stretta orditura disposta vicino alla membrana cellulare di tutto il neurone.

Classificazione dei Neuroni

• In base alla funzione e alla direzione di propagazione dell'impulso è possibile suddividere i neuroni in tre tipi:

1. Neuroni sensitivi o afferenti: partecipano all'acquisizione di stimoli, trasportando le informazioni dagli organi sensoriali al sistema nervoso centrale. Le fibre composte da assoni di questo tipo di neuroni sono chiamate afferenti. Essi sono rappresentati dalle cellule gangliari e dalle cellule sensitive primarie olfattive e visive.
2. Interneuroni o neuroni intercalari (neurone con ingresso un neurone e uscita un neurone): all'interno del SNC, integrano i dati forniti dai neuroni sensoriali e li trasmettono ai neuroni motori.
3. Neuroni motori o efferenti (motoneuroni): inviano impulsi di tipo motorio agli organi della periferia corporea. In ambito neuroanatomico si tende a distinguerli in somatomotori (o motoneuroni propriamente detti), e visceroeffettori. I somatomotori innervano la muscolatura striata volontaria dell'organismo, tra essi esiste una ulteriore sottoclassificazione in motoneuroni a (alfa), ossia responsabili dell'effettiva contrazione delle fibre muscolari striate, e motoneuroni y (gamma), che innervano organi sensoriali propriocettivi detti fusi neuromuscolari intercalati nella compagine muscolare. I visceroeffettori danno origine a fibre dette visceroeffettrici, ma meglio definibili come pregangliari, poiché fanno sempre capo a un secondo neurone localizzato in un ganglio simpatico o parasimpatico, da cui origina la fibra postgangliare. Tali neuroni agiscono nell'ambito delle risposte involontarie o viscerali a determinati stimoli (es. costrizione della muscolatura liscia, secrezione ghiandolare).

Caratteristiche Fisiologiche del Neurone

3. Descrivere le caratteristiche fisiologiche del neurone (corpo cellulare, dendriti,assone) Il neurone rappresenta l'unita anatomo-funzionale del sistema nervoso, e svolge vari funzioni. I neuroni contengono 3 parti principali :

• Corpo cellulare/Soma/Pirenoforo: È la parte piu voluminosa del neurone, contiene il nucleo e maggior parte degli organuli (apparato di Golgi, neurofilamenti, neurotubuli, granuli di pigmento, sostanza tigroide, mitocondri, nucleo, reticolo endoplasmatico liscio e rugoso). Nel corpo vengono svolti maggior parte delle reazioni come sintesi proteica e metabolismo cellulare. Quando si maturano i neuroni perdono la capacita di riprodursi.
• Dendriti: Escono dal corpo cellulare e si ramificano. Questi ricevono segnali da neuroni afferenti a livello di giunzioni specializzati chiamate sinapsi e lo propagano in direzione centripeta (verso il pirenoforo). I dendriti riconoscono gli mediatori neurotrasmetittori che vengono rilasciati dal neurone presinaptico, quindi possiamo dire che hanno la funzione di ricevere informazioni provenienti da altri neuroni. La costituzione dei dendriti è simile a quello del citosol cellulare, confermando l'ipotesi secondo la quale i dendriti formano semplicemente estensioni del resto del corpo cellulare.
• Assone: È una fibra nervosa che parte dal corpo cellulare e ha il funzione di inviare informazioni, conduce il segnale in direzione centrifuga verso altre cellule. Un neurone contiene un solo assone ma quest'assone si puo ramificare e inviare cosi informazioni a piu altri neuroni. Le diramazioni si chiamano collaterali. Le informazioni che manda il neurone si propagano per lunghe distanze sottoforma di segnali elettrici chiamati potenziali d'azione. L'inizio e la fine dell'assone si chiamano rispettivamente monticolo assonale/cono d'emergenza (specializzato nella genesi del potenziale d'azione) e terminale assonico (specializzato nel rilascio del neurotrasmettitore). Gli assoni sono rivestiti dalla guaina mielinica a formare una fibra. Questa guaina puo essere costituita da: [Cellule di Schwann SNC {Oligodendrociti SNP Cellule Gliali Lungo il neurolemma sono presenti delle strozzature, in corrispondenza delle quali la guaina mielinica si interrompe, dette nodi di Ranvier. Unipolari Bipolari La struttura Multipolari I neuroni vengono classificati secondo Pseudounipolari La funzione Efferenti(motori) Afferenti(sensitivi) Intraneuroni