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IL SISTEMA NERVOSO - POTENZIALE DI RIPOSO EPOTENZIALE D’AZIONE, LA SINAPSI, I NEUROTRASMETTITORI, DIVERSI TIPI DI SISTEMA NERVOSO, IL SISTEMA NERVOSO

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IL SISTEMA NERVOSO

Il sistema nervoso ha tre funzioni interconnesse:

§         L’acquisizione sensoriale, è la conduzione di impulsi dai recettori sensoriali ai centri di elaborazione (encefalo, midollo spinale)

  • L’integrazione, è l’interpretazione degli impulsi sensoriali
  • Lo stimolo motorio, è la conduzione degli impulsi da un centro di elaborazione alle cellule effettrici

Il sistema nervoso è formato da due principali tipi di cellule:



  • I neuroni, che sono specializzarti nel trasporto degli impulsi da un punto all’altro del corpo
  • Le cellule di sostegno, che proteggono, isolano e sostengono i neuroni

Il neurone ha un grosso corpo cellulare che ospita il nucleo e gran parte degli organuli citoplasmatici.

Dal corpo cellulare partono due tipi di fibre:

  • Le dendriti, che sono corte, numerose e molto ramificate; i dendriti portano i messaggi dalla loro estremità verso l’interno del neurone e tali messaggi possono provenire da una cellula sensoriale o da un neurone vicino.
  • L’assone, costituito in molti neuroni da una sola fibra. L’assone conduce i messaggi verso un altro neurone o verso un effettore. Molti assoni sono lunghi. 

In molti animali gli assoni che trasportano rapidamente i messaggi sono avvolti per gran parte da una densa sostanza isolante detta guaina mielinica, composta da cellule di Schwann; gli spazi fra le varie cellule sono detti nodi di Ranvier e sono gli unici punti dell’assone dove può avvenire la trasmissione dei segnali. Quando un messaggio viaggia lungo un assone mielinizzato, esso salta da un nodo all’altro. L’assone termine con alcune ramificazioni con all’estremità un rigonfiamento detto bottone sinaptico che trasmette gli impulsi a un altro neurone o effettore.

Il sistema nervoso viene suddiviso in due parti:

  • Il sistema nervoso centrale (encefalo, midollo spinale)
  • Il sistema nervoso periferico (vie di comunicazione: un nervo è un fascio di fibre neuronali; un ganglo raggruppa i corpi cellulari dei neuroni presentirei nervi)

Esistono tre tipi funzionali di neuroni:

  • I neuroni sensoriali che partecipano all’acquisizione sensoriale. I dendriti di un neurone sensoriale trasmette gli impulsi dal recettore all’assone della cellula, quest’ultimo li inoltre al sistema nervoso centrale.
  • Gli interneuroni che si trovano completamente all’interno del sistema centrale, essi integrano i dati forniti dai neuroni sensoriali e poi trasmettono i corrispondenti segnali ai neuroni motori.
  • L’assone dei neuroni motori trasmette poi i messaggi dal sistema centrale alle cellule effettrici che a loro volta danno luogo a una risposta. 

POTENZIALE DI RIPOSO EPOTENZIALE D’AZIONE

Un neurone a riposo contiene energia potenziale, ossia energia che può svolgere un lavoro, essa serve per mandare impulsi da una parte all’altra del corpo. L’energia potenziale del neurone risiede nella differenza di carica elettrica che esiste tra i due lati della membrana cellulare:

  • Il citoplasma che si trova proprio sotto la membrana è carico negativamente
  • Il liquido extracellulare presente subito fuori dalla membrana è carico positivamente

Il potenziale che si stabilisce ai due lati della membrana cellulare di un neurone a riposo è chiamato potenziale di riposo, esso è pari a – 70 millivolt .

Una membrana a riposo permette la diffusione di una maggior quantità di ioni K+ che di ioni Na+. A mano a mano che gli ioni K+ carichi positivamente diffondono verso l’esterno, la carica negativa aumenta all’interno della cellula. Per mantenere il potenziale di riposo è fondamentale una proteina chiamata pompa del sodio-potassio.

Uno stimolo è un qualsiasi fattore che da origine a un impulso nervoso. Per scoprire come si generano gli impulsi nervosi, tracciamo un grafico delle variazioni elettriche che avvengono nelle membrane dei neuroni. La linea multicolore costituiscono il potenziale d’azione. Il grafico:

*  inizia con il valore – 70 mV corrispondente al potenziale di riposo della membrana

*  lo stimolo viene applicato al tempo 0 e in 2, 3 ms, il potenziale sale a quello che viene chiamato            potenziale di soglia

*  il potenziale di soglia da origine al potenziale d’azione che raggiunge un valore massimo a circa + 35 mV

*  il potenziale inizia poi a scendere a un valore inferiore a quello del potenziale di riposo e torna al potenziale di partenza

cosa succede?

*  la membrana a riposo è carica positivamente all’esterno, mentre il citoplasma è carico negativamente

*  lo stimolo applicato al tempo 0 fa aprire i canali del sodio della membrana, entra così una quantità minima di ioni Na+, questa piccola variazione è sufficiente a rendere la superficie interna della membrana leggermente meno negativa di prima

*  una volta che la soglia è stata raggiunta, l’aumento di carica positiva all’interno della membrana

è tale da generare l’apertura di un numero sempre maggiore di canali del sodio. A mano a mano che all’interno gli ioni Na+ aumentano il potenziale raggiunge il suo valore massimo

* tale potenziale provoca la chiusura e la disattivazione dei canali del sodio. Gli ioni Na+ smettono di passare, mentre si aprono i canali del potassio che consentono al potassio di diffondere rapidamente all’esterno. La membrana torna infine al suo normale potenziale di riposo.

Il potenziale d’azione per potersi proare come impulso deve viaggiare lungo il neurone. Un impulso nervoso prende avvio quando si genera sul suo assone un potenziale d’azione.

Tratto massonico sinistra = quando questa zona dell’assone apre i suoi canali del sodio, gli ioni Na+ entrano velocemente e si genera il potenziale d’azione. Quando nello stesso trattosi aprono i canali del potassio, gli ioni K+ diffondono fuori dall’assone, contemporaneamente i canali del sodio si chiudono e si disattivano, e il potenziale d’azione se.

Un impulso nervoso si proa in una sola direzione grazie ai cambiamenti elettrici che esso produce nella membrana del neurone. Un potenziale d’azione è un pezzetto d’informazione codificata che può viaggiare da un’estremità all’altra del neurone.

LA SINAPSI

Una componente fondamentale del sistema nervoso è la sinapsi, ossia la giunzione tra due neuroni o tra un neurone e una cellula effettrice. Le sinapsi possono essere:

§         Elettriche, in cui sono gli stessi potenziali d’azione a passare da un neurone all’altro

§         Chimiche, in cui i messaggi tra i neuroni sono vari e complessi

Le sinapsi chimiche presentano un breve spazio, chiamato spazio sinaptico, che separa il neurone presinaptico da quello postsinapico. Tale spazio impedisce al potenziale d’azione di diffondesi direttamente da un neurone all’altro; infatti, a livello di sinapsi il potenziale d’azione viene prima convertito in un segnale chimico, costituito da molecole di neurotrasmettitori che può in seguito generare un potenziale d’azione nella cellula postsinaptica.  Sequenza:

1.       Il neurotrasmettitore si trova in vescicole contenute nel bottone sinaptico del neurone presinaptico , un potenziale d’azione arriva presso il bottone sinaptico

2.     E genera cambiamenti chimici provocando la fusione delle vescicole del neurotrasmettitore con la membrana della cellula presinaptica

3.     Le vescicole liberano quindi le loro molecole di neurotrasmettitore nello spazio sinaptico



4.     Tali molecole si legano ai recettori presenti sulla membrana della cellula postsinaptica

5.     Il legame tra neurotrasmettitore e recettore apre i canali ionici presenti nella membrana della cellula postsinaptica, gli ioni possono così diffondere in questa cellula generando nuovi potenziali d’azione

6.     Il neurotrasmettitore viene demolito da un enzima e i canali ionici i chiudono.

I bottoni sinaptico sono le estremità massoniche degli altri neuroni che, tramite i neurotrasmettitori, comunicano i messaggi ai dendriti, all’assone e al corpo cellulare della cellula  postsinaptica.

Il legame tra neurotrasmettitore e recettore può aprire direttamente i canali ionici della membrana della cellula postsinaptica i generare un meccanismo di traduzione del segnale che fa compiere questa azione. Esistono i neurotrasmettitori:

§         Eccitatori, che aprono i canali del sodio e generano potenziali d’azione nella cellula postsinaptica

§         Inibitori, che aprono i canali di membrana di altri ioni che fanno diminuire nella cellula postsinaptica la tendenza a generare i potenziali d’azione

I NEUROTRASMETTITORI

I neurotrasmettitori sono importantissimi in quanto permettono una corretta trasmissione di messaggi tra neuroni indispensabili al sistema nervoso per coordinare le attività di tutte le parti dell’organismo.

Oggi sono note decine di neurotrasmettitori:

§         Acetilcolina, è attiva in corrispondenza delle placche neuro-muscolari di tutta la muscolatura corporea volontaria, come pure a livello di numerose sinapsi del sistema nervoso autonomo.

§         Noradrenalina, è stata  scoperta come neurotrasmettitore dei nervi simpatici del sistema nervoso autonomo, che mediano le risposte di emergenza, quali l’accelerazione del battito cardiaco, la dilatazione dei bronchi e l’aumento della pressione sanguigna.

§         Dopammina, è uno dei principali neurotrasmettitori del corpo striato, parte dal cervello che regola il comportamento motorio. La distruzione nel corpo striato dei neuroni dopamminici è responsabile della sa dei sintomi del morbo di Parkinson.

§         Serotonina, è il neurotrasmettitore di un gruppo ben distinto di neuroni che hanno tutti il corpo cellulare localizzato nei nuclei del rafe del tronco cerebrale.

§         Encefaline,  sono neurotrasmettitori costituiti da 2 peptidi, ciascuno contenente 5 aminoacidi. I neuroni che li secernono sono localizzati in aree del cervello che regolano funzioni influenzate da questi farmaci.

§         Sostanza P, contiene 11 aminoacidi ed è un importante neurotrasmettitore dei neuroni sensitivi che convogliano le sensazioni di dolore dalla periferia al midollo spinale.

§         GABA, è uno degli aminoacidi che funge  da neurotrasmettitore cerebrale,esso si trova quasi esclusivamente nel cervello. Riduce l’eccitamento dei neuroni ed è per tanto un neurotrasmettitore ad azione inibitoria.

§         Glicina, oltre al ruolo di aminoacido convenzionale nella sintesi proteica e nel metabolismo generale, funge da neurotrasmettitore ad azione inibitoria in piccoli neuroni del midollo spinale e del tronco cerebrale.

§         Acido Glutammico , è uno dei principali aminoacidi che intervengono nel metabolismo generale e nella sintesi proteica. Stimola l’eccitazione dei neuroni ed è probabilmente il principale neurotrasmettitore ad azione eccitatoria del cervello. Sembra che intervenga nella principale via nervosa che collega la corteccia cerebrale con il corpo striato. ½ sono infine dati in favore del fatto che sia il neurotrasmettitore principale della via visiva.

§         Istamina, oltre alla funzione che esercita a livello della periferia in relazione a fenomeni allergici e nella regolazione della secrezione acida da parte dello stomaco, è anche un neurotrasmettitore cerebrale. E’ concentrato soprattutto nelle aree cerebrali che regolano il comportamento emotivo.

DIVERSI TIPI DI SISTEMA NERVOSO

L’Hydra dispone di uno dei modelli più semplici si sistema nervoso, costituito da una rete nervosa che si estende per tutto il corpo. Un’idra non ha né un capo né un encefalo, e la sua rete nervosa non è suddivisa in centrale e periferica.

I vermi piatti sonagli animali più semplici che mostrano due aspetti evolutivi caratteristici della simmetria bilaterale:

§         La cefalizzazione, cioè la concentrazione delle strutture nervose presso l’estremità anteriore

§         La centralizzazione,cioè la presenza di un sistema nervoso centrale separato da quello periferico.

Gli altri invertebrati mostrano una cefalizzazione e una centralizzazione del sistema nervoso maggiore rispetto ai vermi piatti in quanto possiedono anch’essi, come struttura di base, un sistema centrale composto da encefalo e da uno o più cordoni nervosi; e i cordoni nervosi sono separati più nettamente dai nervi periferici.

Il sistema nervoso dei vertebrati mostra un alto livello di centralizzazione e di cefalizzazione. Il sistema nervoso centrale è costituito da un encefalo di dimensioni considerevoli, racchiuso all’interno di un cranio,e da un midollo spinale, che si trova dentro la colonna vertebrale. Il midollo spinale riceve le informazioni sensoriali dalla pelle o dai muscoli e invia comandi motori per il movimento. L’encefalo è il principale sistema di controllo del sistema nervoso e include i centri per l’omeostasi, che consentono a tutti gli organi di funzionare in modo coordinato. Sia l’encefalo sia il midollo spinale contengono alcuni ti cavi, queste cavità piene di liquido,chiamate ventricoli nell’encefalo, sono contigue col canale ependimale del midollo spinale. I ventricoli e il canale ependimale contengono il liquido cerebrospinale, che circonda anche  l’encefalo e il midollo spinale, funziona da ammortizzatore del sistema nervoso centrale e lo rifornisce di sostanze nutritive.




Il sistema nervoso centrale ha 2 parti distinte:

§         La sostanza bianca, che è costituita da assoni e da dendriti

§         La sostanza grigia, che è composta principalmente da corpi cellulari.

Dall’encefalo dei mammiferi, la maggior parte della sostanza grigia corrisponde alla corteccia cerebrale, uno strato esterno che funziona da centro di integrazione per molte sofisticate funzioni cerebrali.

IL SISTEMA NERVOSO PERIFERICO

I gangli e i nervi del sistema nervoso periferico dei vertebrati formano una vasta rete di comunicazione. I nervi che trasportano gli impulsi sono:

§         Nervi cranici che trasportano l’impulso da o verso l’encefalo.

§         Nervi spinali che trasportano da o verso il midollo spinale.

Tutti i nervi spinali e gran parte dei nervi cranici contengono sia neuroni sensoriali sia neuroni motori;migliaia di messaggi in entrata e in uscita vengono scambiati in continuazione all’interno degli stessi nervi.

Gerarchia funzionale del sistema nervoso:

§         Il sistema sensoriale  (dalla periferia al centro) è costituito da 2 gruppi di neuroni: uno cattura le informazioni relative all’ambiente esterno, mentre l’altro gruppo fornisce al sistema centrale le informazioni relative al corpo stesso.

§         Il sistema motorio (dal centro alla periferia)  è costituito da neuroni motori, al suo interno i neuroni del sistema nervoso somatico trasmettono gli impulsi ai muscoli scheletrici, soprattutto in risposta agli stimoli esterni (volontario), in esso troviamo anche il sistema nervoso autonomo.

SISTEMA NERVOSO AUTONOMO

Il nostro sistema nervoso autonomo è formato da 2 gruppi di neuroni:

§         Il sistema parasimpatico, che induce l’organismo a digerire il cibo e a rilassarsi, attività legate all’acquisizione e alla conservazione dell’energia a favore del corpo.

§         Il sistema simpatico, che prepara il corpo a intense attività che consumano energia, come combattere, fuggire o competere in gare impegnative.

I neuroni del sistema simpatico e parasimpatico prendono origine da regioni differenti del sistema nervoso centrale e utilizzano neurotrasmettitori diversi:

§         I neuroni del parasimpatico emergono dall’encefalo e dalla regione inferiore del midollo spinale; la maggior parte di questi neuroni produce i suoi effetti liberando il neurotrasmettitore aceticolina presso le sinapsi che li collegano con gli organi bersaglio.

§         I neuroni del simpatico fuoriescono dalle regioni intermedie del midollo spinale e la maggior parte di essi libera presso gli organi bersaglio il neurotrasmettitore noradrenalina.


SISTEMA PARASIMPATICO

-        Costrizione delle pupille

-        Stimola la salivazione

-        Costrizione dei bronchi

-        Inibisce il battito cardiaco

-        Stimola lo stomaco, il pancreas e l’intestino tenue e crasso

-        Stimola la minzione

-        Causa l’erezione

SISTEMA SIMPATICO

-  Dilatazione delle pupille

-  Inibisce la salivazione

-  Rilassamento dei bronchi

-  Accelera il battito cardiaco

-  Stimola il rilascio di adrenalinae di noradrenalina (ghiandola surrenale)

-  Stimola la liberazione di glucosio (fegato)

-  Inibisce l’attività dello stomaco, pancreas e intestino tenue e crasso

-  Inibisce la minzione

-  Provoca l’eiaculazione


IL MIDOLLO SPINALE



Il midollo spinale h due funzioni principali:

§         Trasporta le informazioni da e verso l’encefalo

§         Formula semplici risposte, chiamate riflessi

Un riflesso è una risposta inconscia a uno specifico stimolo

EVOLUZIONE DELL’ENCEFALO

L’encefalo dei vertebrati si è evoluto a partire da tre rigonfiamenti presenti all’estremità anteriore del midollo spinale: prosencefalo, mesencefalo, romboncefalo. Lo sviluppo si è articolato in 3 tendenze:

§         I°, aumento delle dimensioni relative all’encefalo

§         II°, ulteriore suddivisione delle tre regioni ancestrali, che si sono suddivise gradualmente in regioni che assumono compiti specifici.

§         III°, aumento delle capacità di elaborazione del prosencefalo. L’evoluzione del comportamento dei vertebrati più complessi è avvenuto parallelamente all’evoluzione del cervello, la regione predominante del prosencefalo.

IL ROMBOENCEFALO:

§         Il midollo allungato e il ponte, ospitano tutti i neuroni sensoriali e motori che collegano il midollo spinale col prosencefalo, una delle loro funzioni principali è quella di passare le informazioni. Essi inoltre: controllano la frequenza respiratoria, il battito cardiaco e la digestione, e coordina i movimenti che riguardano l’intero corpo.

§         Il cervelletto, è un centro operativo che coordina i movimenti del corpo, esso riceve sia informazioni dai recettori sensoriali dei muscoli sia impulsi dal cervello riguardanti i cambiamenti necessari per generare i movimenti corporei.

IL MESENCEFALO:

§         Manda informazioni sensoriali al cervello e integra diversi tipi di messaggi, come il suono e gli stimoli visivi. Una particolare regione del mesencefalo partecipa alla regolazione del sonno e della veglia.

IL PROSENCEFALO:

§         Il talamo, contiene la maggior parte dei corpi cellulari dei neuroni che inviano informazioni alla corteccia celebrale, prima di spedirli al cervello, il talamo suddivide i dati in categorie, inoltre esso elimina alcuni stimoli e ne potenzia altri.

§         L’ipotalamo, è di piccole dimensioni, ma p molto importante per la regolazione dell’omeostasi, esso controlla l’ipofisi e le secrezioni di molti ormoni, controlla anche la temperatura corporea, la pressione sanguinea e la sensazione di fame e sete. Il centro del piacere dell’ipotalamo potrebbe essere chiamato anche centro dell’assuefazione, perché viene fortemente influenzato dalle droghe. Un’altra area dell’ipotalamo funziona, invece, da orologio biologico, ricevendo informazioni visive dagli occhi, questo orologio mantiene invariati i nostri bioritmi giornalieri, come i cicli del sonno e della fame.

§         Il cervello è costituito dagli emisferi celebrali destro (irrazionale), sinistro (razionale), una spessa banda di fibre nervose,dette corpo calloso, collega gli emisferi celebrali, consentendo loro di elaborare insieme informazioni. Sotto il corpo calloso, i gangli basali, sono importanti nella coordinazione motoria; se essi vengono danneggiati,l’individuo può diventare passivo e immobile.

LA CORTECCIA CELEBRALE

La corteccia umana è uno strato molto ripiegato di sostanza grigia. Il suo intricato circuito neuronale da origine alle caratteristiche umane più peculiari: la logica, la capacità matematica, l’abilità linguistica…

La corteccia celebrale è priva di recettori del dolore. La superficie della corteccia celebrale ha quattro lobi distinti in ognuno dei quali i ricercatori hanno identificato un certo numero di aree funzionali:

§         Lobo frontale

-        Aree di associazione frontale

-        Corteccia motoria

-        Linguaggio

§         Lobo temporale

-        Percezione dell’udito

-        Percezione dell’olfatto

-        Area di associazione uditiva

§         Lobo parietale

-        Corteccia somatemporale

-        Linguaggio

-        Percezione del gusto

-        Percezione delle parole scritte

§         Lobo occipitale

-        Area associazione visiva

-        Vista






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