Neurotrasmettitori

Generalità

I neurotrasmettitori sono messaggeri chimici endogeni, di cui si avvalgono le cellule del sistema nervoso (i cosiddetti neuroni) per comunicare tra loro o per stimolare cellule di tipo muscolare o ghiandolare.

Per quanto concerne il loro funzionamento, i neurotrasmettitori agiscono a livello delle sinapsi chimiche.

Le sinapsi chimiche sono siti di contatto funzionale tra due neuroni o tra un neurone e un altro genere di cellula.

Esistono varie classi di neurotrasmettitori: la classe degli aminoacidi, la classe delle monoamine, la classe dei peptidi, la classe delle amine “traccia”, la classe delle purine, la classe dei gas ecc.

Tra i neurotrasmettitori più noti, rientrano: la dopamina, l'acetilcolina, il glutammato, il GABA e la serotonina.

Cosa sono i neurotrasmettitori?

I neurotrasmettitori sono sostanze chimiche, di cui si servono i neuroni – cioè le cellule del sistema nervoso – per comunicare tra di loro, per agire sulle cellule muscolari o per stimolare una risposta da parte delle cellule ghiandolari.

In altre parole, i neurotrasmettitori sono messaggeri chimici endogeni, che permettono la comunicazione interneuronale (cioè tra neuroni) e la comunicazione tra i neuroni e il resto del corpo.

Il sistema nervoso umano si avvale dei neurotrasmettitori per regolare o dirigere meccanismi vitali, come il battito cardiaco, la respirazione polmonare o la digestione.

Inoltre, sempre dai neurotrasmettitori dipendono il sonno notturno, la concentrazione, l'umore ecc.

NEUROTRASMETTITORI E SINAPSI CHIMICHE

Secondo una definizione più specialistica, i neurotrasmettitori sono i trasportatori delle informazioni lungo il sistema delle cosiddette sinapsi chimiche.

In neurobiologia, il termine sinapsi (o giunzione sinaptica) indica i siti di contatto funzionale tra due neuroni o tra un neurone e un altro genere di cellula (per esempio una cellula muscolare o una cellula ghiandolare).

La funzione di una sinapsi è trasmettere informazioni tra le cellule coinvolte, per produrre una determinata risposta (per esempio la contrazione di un muscolo).

Il sistema nervoso umano comprende due tipi di sinapsi:

• Le sinapsi elettriche, in cui la comunicazione delle informazioni dipende da un flusso di correnti elettriche attraverso le due cellule coinvolte, e
• Le sopraccitate sinapsi chimiche, in cui la comunicazione delle informazioni dipende da un flusso di neurotrasmettitori  attraverso le due cellule interessate.

Una classica sinapsi chimica consta di tre componenti fondamentali, poste in serie:

• Il terminale pre-sinaptico del neurone da cui provengono le informazioni nervose. Il neurone in questione è detto anche neurone pre-sinaptico;
• Lo spazio sinaptico, ossia lo spazio di separazione tra le due cellule protagoniste della sinapsi. Risiede al di fuori delle membrane cellulari e ha un'area di estensione pari a circa 20-40 nanometri;
•  La membrana post-sinaptica del neurone, della cellula muscolare o della cellula ghiandolare a cui devono giungere le informazioni nervose. Che sia un neurone, una cellula muscolare o una cellula ghiandolare, l'unità cellulare a cui appartiene la membrana post-sinaptica prende il nome di elemento post-sinaptico.

SCOPERTA DEI NEUROTRASMETTITORI

Figura: sinapsi chimica

Fino ai primi anni del XX secolo, gli scienziati ritenevano che la comunicazione tra neuroni e tra i neuroni e le cellule di altro genere avvenisse, esclusivamente, attraverso sinapsi elettriche.

L'idea che potesse esistere un'altra modalità di comunicazione sorse nel momento in cui alcuni ricercatori scoprirono il cosiddetto spazio sinaptico.

A ipotizzare che lo spazio sinaptico potesse servire ai neuroni per rilasciarvi dei messaggeri di tipo chimico fu il farmacologo tedesco Otto Loewi. Era l'anno 1921.

Attraverso i suoi esperimenti sulla regolazione nervosa dell'attività cardiaca, Loewi si rese protagonista della scoperta del primo neurotrasmettitore conosciuto: l'acetilcolina.

Sede

Nei neuroni pre-sinaptici, i neurotrasmettitori risiedono all'interno di piccole vescicole intracellulari.

Queste vescicole intercellulari sono paragonabili a delle sacche, delimitate da un doppio strato di fosfolipidi simile, per diversi aspetti, al doppio strato fosfolipidico della membrana plasmatica di una generica cellula eucariote sana.

Fintanto che permangono all'interno delle vescicole intracellulari, i neurotrasmettitori sono per così dire inerti e non producono risposta alcuna.

Meccanismo d'azione

Premessa: per capire il meccanismo d'azione dei neurotrasmettitori è bene aver ben presente le sinapsi chimiche e la loro composizione, descritta precedentemente.

I neurotrasmettitori rimangono confinati all'interno delle vescicole intracellulari, fino a che non sopraggiunge un segnale di origine nervosa capace di stimolare il rilascio delle vescicole stesse dal neurone contenitore.

Il rilascio delle vescicole ha luogo in prossimità del terminale pre-sinaptico del neurone contenitore e comporta la fuoriuscita dei neurotrasmettitori nello spazio sinaptico.

Nello spazio sinaptico, i neurotrasmettitori sono liberi di interagire con la membrana post-sinaptica della cellula nervosa, muscolare o ghiandolare, posta nelle immediate vicinanze e facente parte della sinapsi chimica.

L'interazione tra neurotrasmettitori e membrana post-sinaptica è possibile grazie alla presenza, su quest'ultima, di proteine particolari, chiamate propriamente recettori di membrana.

Il contatto tra i neurotrasmettitori e i recettori di membrana tramuta il segnale nervoso iniziale (quello che ha stimolato il rilascio delle vescicole intracellulari) in una risposta cellulare ben specifica. Per esempio, la risposta cellulare prodotta dall'interazione tra i neurotrasmettitori e la membrana post-sinaptica di una cellula muscolare può consistere nella contrazione del tessuto muscolare a cui la suddetta cellula appartiene.

A conclusione di questo quadro schematico di come funzionano i neurotrasmettitori, è importante riportare il seguente ultimo aspetto: la risposta cellulare specifica di cui si parlava poc'anzi dipende dal tipo di neurotrasmettitore e dal tipo di recettori presenti sulla membrana post-sinaptica.

COS'È IL POTENZIALE D'AZIONE?

In neurobiologia, il segnale nervoso che stimola il rilascio delle vescicole intracellulari prende il nome di potenziale d'azione.

Per definizione, il potenziale d'azione è quel fenomeno che ha luogo in un generico neurone e che prevede un rapido cambiamento di carica elettrica tra l'interno e l'esterno della membrana cellulare del neurone coinvolto.

Alla luce di ciò, non deve stupire quando, parlando dei segnali nervosi, gli esperti li paragonano a degli impulsi di tipo elettrico: un segnale nervoso è un evento di tipo elettrico a tutti gli effetti.

CARATTERISTICHE DELLA RISPOSTA CELLULARE

Secondo il linguaggio dei neurobiologi, la risposta cellulare indotta dai neurotrasmettitori, a livello della membrana post-sinaptica, può essere eccitatoria o inibitoria.

Una risposta eccitatoria è una reazione atta a promuovere la creazione di un impulso nervoso nell'elemento post-sinaptico.

Una risposta inibitoria, invece, è una reazione atta a inibire la creazione di un impulso nervoso nell'elemento post-sinaptico.

Classificazione

I neurotrasmettitori umani conosciuti sono assai numerosi e il loro elenco è destinato ad allungarsi, visto che, regolarmente, i neurobiologi ne scoprono di nuovi.

Il grande numero di neurotrasmettitori riconosciuti ha reso indispensabile una classificazione di queste molecole chimiche, tale da semplificarne la consultazione.

Esistono vari criteri di classificazione; il più comune è quello che distingue i neurotrasmettitori in base alla classe di molecole d'appartenenza.

Le principali classi di molecole a cui appartengono i neurotrasmettitori umani sono:

• La classe degli aminoacidi o dei derivati degli aminoacidi. Rientrano in tale classe: il glutammato (o acido glutammico), l'aspartato (o acido aspartico), l'acido gamma-amminobutirrico (più noto come GABA) e la glicina.
• La classe dei peptidi. Rientrano in tale classe: la somatostatina, gli oppioidi, la sostanza P, alcune secretine (secretina, glucagone ecc), alcune tachichinine (neurochinina A, neurochinina B ecc), alcune gastrine, la galanina, la neurotensina e i cosiddetti trascritti regolati da cocaina e anfetamina.
• La classe delle monoamine. Rientrano in tale classe: la dopamina, la norepinefrina, l'epinefrina, l'istamina, la serotonina e la melatonina.
• La classe delle cosiddette “amine traccia”. Rientrano in tale classe: la tiramina, la tri-iodotironamina, la 2-feniletilamina (o 2-feniletilammina), l'octopamina e la triptamina (o triptammina).
• La classe delle purine. Rientrano in tale classe: l'adenosina trifosfato e l'adenosina.
• La classe dei gas. Rientrano in tale classe: l'ossido nitrico (NO), il monossido di carbonio (CO) e il solfuro d'idrogeno (H2S).
• Altro. Rientrano nella voce “altro” tutti quei neurotrasmettitori non inseribili in alcuna delle precedenti classi, come per esempio la già citata acetilcolina o l'anandamide.

Esempi più noti

Alcuni neurotrasmettitori sono decisamente più famosi di altri, sia perché conosciuti e studiati da più tempo, sia perché svolgono delle funzioni di notevole interesse biologico.

Tra i più celebri neurotrasmettitori meritano una citazione:

• Il glutammato. È il principale neurotrasmettitore eccitatorio del sistema nervoso centrale: secondo quanto affermano i neurobiologi, ne farebbero uso più del 90% delle cosiddette sinapsi eccitatorie. Accanto alla sua funzione eccitatoria, il glutammato è coinvolto anche nei processi di apprendimento (apprendimento inteso come processo di archiviazioni di dati nel cervello) e memoria.
  Secondo alcuni studi scientifici, sarebbe implicato in malattie quali: la malattia di Alzheimer, il morbo di Huntington, la sclerosi laterale amiotrofica (più nota come SLA) e il Parkinson.
• Il GABA. È il principale neurotrasmettitori inibitorio del sistema nervoso centrale: in base agli ultimi studi di biologia, ne farebbero uso circa il 90% delle cosiddette sinapsi inibitorie.
  Per le sue proprietà inibitorie, il GABA è uno dei principali bersagli dei farmaci sedativi e tranquillanti.
• L'acetilcolina. È un neurotrasmettitore con funzione eccitatoria sui muscoli: nelle giunzioni neuromuscolari, infatti, la sua presenza mette in moto quei meccanismi che contraggono le cellule dei tessuti muscolari interessati.
  Oltre ad agire a livello muscolare, l'acetilcolina influenza anche il funzionamento degli organi controllati dal cosiddetto sistema nervoso autonomo. La sua influenza a livello del sistema nervoso autonomo può essere sia di tipo eccitatorio sia di tipo inibitorio.
• La dopamina. Appartenente alla famiglia delle catecolamine, è un neurotrasmettitore che svolge numerose funzioni, sia a livello del sistema nervoso centrale, sia a livello del sistema nervoso periferico.
  A livello del sistema nervoso centrale, la dopamina partecipa a: il controllo del movimento, la secrezione dell'ormone prolattina, il controllo delle capacità motorie, i meccanismi di ricompensa e piacere, il controllo delle capacità di attenzione, il meccanismo del sonno, il controllo del comportamento, il controllo di alcuni funzioni cognitive,  il controllo dell'umore e, infine, i meccanismi alla base dell'apprendimento.
  A livello del sistema nervoso periferico, invece, agisce come: vasodilatatore, stimolante dell'escrezione del sodio, fattore favorente la motilità intestinale, fattore che riduce l'attività linfocitaria e, per finire, fattore che riduce la secrezione di insulina.
• La serotonina. È un neurotrasmettitore presente soprattutto a livello intestinale e, anche se in misura ridotta rispetto alle cellule dell'intestino, nei neuroni del sistema nervoso centrale.
  Dagli effetti inibitori, la serotonina sembrerebbe regolare l'appetito, il sonno, i processi di memoria e apprendimento, la temperatura corporea, l'umore, alcuni aspetti del comportamento, la contrazione muscolare, alcune funzioni del sistema cardiovascolare e alcune funzioni del sistema endocrino.
  Dal punto di vista patologico, sembrerebbe aver un ruolo nello sviluppo della depressione e delle malattie affini. Ciò spiega l'esistenza in commercio dei cosiddetti inibitori selettivi della ricaptazione della serotonina, farmaci antidepressivi usati per la cura delle forme depressive più o meno gravi.
• L'istamina. È un neurotrasmettitore con sede prevalente nel sistema nervoso centrale, precisamente a livello dell'ipotalamo e dei mastociti presenti nell'encefalo e nel midollo spinale.
• La norepinefrina e l'epinefrina. La norepinefrina si concentra soprattutto a livello del sistema nervoso centrale e ha il compito di mobilitare cervello e corpo per l'azione (ha quindi effetto eccitatorio). Per esempio, a livello cerebrale, favorisce l'eccitazione, la vigilanza, la concentrazione e i processi di memoria; nel resto del corpo, aumenta la frequenza cardiaca e la pressione sanguigna, stimola il rilascio di glucosio dai punti di stoccaggio, aumenta il flusso di sangue ai muscoli scheletrici, riduce il flusso di sangue al sistema gastrointestinale e promuove lo svuotamento di vescica e intestino.
  L'epinefrina è presente, in larga misura, nelle cellule delle ghiandole surrenali e, in quantità ridotte, a livello del sistema nervoso centrale.
  Questo neurotrasmettitore ha effetti eccitatori e partecipa a processi quali: l'incremento del sangue ai muscoli scheletrici, l'aumento della frequenza cardiaca e la dilatazione delle pupille.
  Sia la norepinefrina che l'epinefrina sono neurotrasmettitori derivanti dalla tirosina.