Fisiologia sensoriale: esplorazione del sistema olfattivo e vie neurali

Università San Raffaele

Roma www.unisanraffaele.gov.it

Professore

Barbara Picconi

Argomento

Fisiologia sensoriale 2T

Proprietà di uno stimolo

Università San Raffaele Roma Barbara Picconi

4 proprietà di uno stimolo:

• Natura o modalità (attivazione di una specifica popolazione neuronale)
• Localizzazione (campi recettivi attivati, organizzazione topografica sulla corteccia)
• Intensità
• Durata

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Intensità dello stimolo

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L'intensità di uno stimolo non si può misurare direttamente da un singolo potenziale d'azione di un neurone sensoriale perché è una risposta «tutto o nulla».

Due criteri: 1) Numero di recettori 2) Frequenza dei potenziali di azione

Uno stimolo più lungo o più intenso provoca il rilascio di una maggior quantità di neurotrasmettitore.

Sito della trasduzione Zona trigger Assone mielinico -Corpo cellulare Terminale assonale

Stimolo 1 (a) Stimolo moderato 20- Ampiezza Potenziale -20- -40- Soglia T 60 L 80 Durata 0 5 10 0 5 10 0 5 10 4 5 (b) Stimolo più intenso e più lungo 20- Potenziale 0- -20- -40- -60- -- -80 0 5 10 0 5 10 0 5 10

1. L'intensità e la durata del potenziale di recettore (che in questo caso è anche potenziale generatore) variano con il variare dello stimolo.
2. Il potenziale generatore viene integrato nella zona trigger.
3. La frequenza dei potenziali d'azione è proporzionale all'intensità dello stimolo. La durata della serie di potenziali d'azione è proporzionale alla durata dello stimolo (nei recettori tonici).
4. Il rilascio di neuro- trasmettitore varia a seconda della scarica di potenziali d'azione che giungono al terminale assonale.

Fisiologia sensoriale 2 3 di 15 Fisiologia umana @ Pearson Italia S.p.A. di membrana (mV) 0- 2 3 - Tempo (s) -> di membrana (mV)T

Durata e adattamento

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Fenomeno dell'adattamento

Recettori tonici: barocettori, nocicettori

Recettori fasici: chemocettori dell'olfatto (apertura canali K+ oppure chiusura canali Na+)

(a) I recettori tonici sono recettori a lento adattamento che rispondono per tutta la durata dello stimolo.

(b) I recettori fasici si adattano rapidamente a uno stimolo costante e si inattivano.

Stimolo Stimolo Recettore Potenziale di recettore Assone del neurone sensoriale Potenziali d'azione nel neurone sensoriale Tempo Tempo

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Sensi somatici

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Sensi somatici: Tatto-pressione Propriocezione Temperatura Nocicezione

Risiedono nella: · Cute · Apparato osteoarticolare · Visceri

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Vie sensoriali

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Sensoriale primario

Sensoriale secondario

Fa sinapsi con ...

Sensoriale terziario

Sensibilità tattile fine, proprioce- zione vibrazione,

Il neurone sensoriale primario fa sinapsi nel midollo.

Il neurone sensoriale secondario incrocia la linea mediana del bulbo.

Fa sinapsi con il neurone sensoriale terziario nel talamo.

Il neurone sensoriale terziario termina nella corteccia somatosensoriale.

3 TALAMO

3 Le vie sensoriali fanno sinapsi nel talamo.

BULBO

LEGENDA Neurone sensoriale di primo ordine Neurone sensoriale di secondo ordine 2 Neurone di terzo ordine 2 Le vie del tatto fine, della vibrazione e della propriocezione s'incrociano nel bulbo.

Tatto fine, propriocezione, vibrazione

1 Dolore, temperatura, tatto grossolano

1 Il dolore, la temperatura e il tatto grossolano (protopatico) incrociano la linea sagittale mediana nel midollo spinale.

Fisiologia umana @ Pearson Italia S.p.A. MIDOLLO SPINALE X

4 4 Le sensazioni vengono percepite nella corteccia somatosensoriale primaria.

Sostanze nocive, temperatura sensibilità tattile grossolana

Il neurone sensoriale primario fa sinapsi nel corno dorsale del midollo spinale.

Il neurone sensoriale secondario incrocia la linea mediana del corpo nel midollo.

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Omunculo e riorganizzazione corticale

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«Omunculo»

Vista posteriore

L'estensione della regione di corteccia somatosensoriale destinata a ogni parte corporea è proporzionale alla finezza della discriminazione in quella parte.

*Esempi di riorganizzazione corticale - Persone non vedenti - Sindrome arto fantasma *

Talamo

Segnali somatosensoriali dall'emisoma sinistro.

Sezione coronale della corteccia somatosensoriale dell'emisfero destro e aree sensoriali della corteccia cerebrale.

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Sensi speciali

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5 Sensi Speciali: Olfatto Gusto Udito Equilibrio Vista

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Olfatto e vie olfattive

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(a) Vie olfattive L'epitelio olfattivo si trova sulla volta della cavità nasale e le cellule olfattive proiettano al bulbo olfattivo. La stimolazione sensoriale che arriva ai recettori è trasportata attraverso la corteccia olfattiva alla corteccia cerebrale e al sistema limbico.

Corteccia cerebrale Sistema limbico Bulbo olfattivo Tratto olfattivo Corteccia olfattiva I nervo cranico Neuroni olfattivi nell'epitelio olfattivo

(b) I neuroni olfattivi fanno sinapsi con neuroni sensoriali secondari nel bulbo olfattivo.

Bulbo olfattivo Neuroni sensoriali secondari -Osso etmoide -Epitelio olfattivo Neuroni sensoriali primari (cellule olfattive)

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Sinapsi e neuroni olfattivi

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Sinapsi con i neuroni sensoriali secondari del Bulbo Olfattivo

Epitelio olfattivo

Gli assoni delle cellule olfattive (I nervo cranico) inviano informazioni al bulbo olfattivo.

Corteccia prefrontale olfattiva

Lamina propria Capillare

Amigdala e ippocampo

Assone

Nello strato delle cellule basali sono presenti cellule staminali in grado di sostituire i neuroni olfattivi.

Ghiandola olfattiva (di Bowman)

Neurone olfattivo in via di sviluppo

Neurone sensoriale olfattivo

Dendrite unico

Cellula di sostegno

0 Le ciglia olfattive (dendriti) contengono i recettori per gli odori.

0 Strato di muco: le molecole odorifere si devono dissolvere in questo strato.

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Trasduzione del segnale olfattivo

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(a) Adenato ciclasi-cAMP accoppiato a GPCR nella trasduzione e amplificazione del segnale

Una singola molecola segnale

1 Adenilato ciclasi (AC)

2 ATP

3 GPCR Recettore associato a proteine G

Proteina G

CAMP

4 Secondo messaggero >

Proteina chinasi A

5 Proteina fosforilata >

Risposta cellulare

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Gusto e recettori

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5 paia di Recettori diversi: Dolce Acido Salato Amaro Umami (associato all'acido glutammato)

Molecole organiche nutrienti Ioni H+ Ioni Na+ Molecole potenzialmente tossiche Molecole organiche nutrienti

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Vie gustative e gemme gustative

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Vie Gustative

Una gemma gustativa è formata da: · 50-150 cellule gustative (Tipo II e III) · cellule di sostegno (Tipo I) • basali rigenerative

(a) Gemma gustativa. Ogni gemma gustativa è costituita da cellule recettoriali gustative e da cellule di sostegno, collegate tra loro in prossimità della superficie apicale da giunzioni serrate.

Le gemme gustative sono localizzate sulla superficie dorsale della lingua.

Poro gustativo

Microfotografia di una gemma gustativa.

I ligandi gustativi creano segnali Ca2+ che determinano il rilascio di serotonina o di ATP.

Dolce Umami Amaro Acido

Giunzione serrata

Le cellule di sostegno di tipo I possono rilevare il salato quando entra Na+ attraverso i canali Na+.

Salato?

Cellula presinaptica (Adattata da Tomchik et al., J Newrosc/ 27(40): 10840-10848, 2007.)

ATP Serotonina

Cellule recettoriali (tipo II)

Neuroni gustativi primari

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Trasduzione gustativa

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(b) Trasduzione gustativa. Ogni cellula gustativa si lega a un solo tipo di ligando.

Cellule tipo II

Le cellule recettoriali con recettori di membrana accoppiati a proteine G si legano a ligandi per amaro, dolce e umami, e rilasciano ATP come neurotrasmettitore.

Gusto Famiglia GPCR Dolce T1R2 + 3 subunità Umami T1R1 + 3 subunità Amaro T2R

Ligandi per dolce, umami o amaro

Acido H+

1 ? Le cellule presinaptiche rilevano il gusto acido (H+) apparantemente quando H+ entra nella cellula attraverso i canali.

OH+

2 ? ? Ca2+- Ca2+

3 1 Ca2+

3 0 Ca2+

ATP

4 Viene rilasciata serotonina o ATP.

010

4 5-HT

4 5 Neuroni gustativi primari

5 Su fino al Bulbe Corteccia gustativa

Fisiologia umana @ Pearson Italia S.p.A. 1 Cellule tipo III Gustoducina GPCR

2 Segnale di trasduzione

1 I ligandi attivano i recettori per il gusto.

2 Si attivano vie trasduttive.

3 L'aumento della concentrazione del Ca2+ nel citoplasma induce l'esocitosi di vescicole di neurotrasmettitore e/o di ATP.

5 Nel neurone sensoriale primario si generano potenziali d'azione che si propagano verso l'encefalo.

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Nuovi gusti

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Grasso Carbonatazione e Ca2+ Piccante

Nella lingua recettori specifici CD36 (roditori) CO2 disciolta nella saliva Recettori TRP mediante nervo trigemino (capsaicina, mentolo, senape, cannella .. )

FAME SPECIFICA (appetito per il sale, la cioccolata .. )

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