I neurotrasmettitori sono messaggeri chimici endogeni che svolgono un ruolo fondamentale nelle comunicazioni all’interno del sistema nervoso centrale. Più precisamente, sono sostanze chimiche utilizzate dai neuroni per la trasmissione di segnali e la comunicazione tra di loro.
Definizione e Funzionamento dei Neurotrasmettitori
I neurotrasmettitori sono delle sostanze fisiologiche che consentono la trasmissione degli impulsi nervosi tra due regioni anatomicamente separate e poste in collegamento da sinapsi, o da fibre nervose, o da nervi e fibre muscolari presenti nelle placche motrici. I neurotrasmettitori sono delle sostanze liberate dai neuroni a livello sinaptico ed espletano la propria funzione su un neurone o un organo effettore. Sono, dunque, prodotti dalla cellula trasmittente (presinaptica) ed immessi nello spazio che la divide dalla cellula ricevente (postsinaptica) del sistema nervoso; aderiscono alla membrana della cellula ricevente e ne trasmettono le informazioni.
Per quanto concerne il loro funzionamento, i neurotrasmettitori agiscono a livello delle sinapsi chimiche. Secondo una definizione più specialistica, i neurotrasmettitori sono i trasportatori delle informazioni lungo il sistema delle cosiddette sinapsi chimiche. La funzione di una sinapsi è trasmettere informazioni tra le cellule coinvolte, per produrre una determinata risposta (per esempio la contrazione di un muscolo).
Una sinapsi chimica è costituita da:
- Il terminale pre-sinaptico del neurone da cui provengono le informazioni nervose.
- Lo spazio sinaptico, ossia lo spazio di separazione tra le due cellule protagoniste della sinapsi.
- La membrana post-sinaptica del neurone, della cellula muscolare o della cellula ghiandolare a cui devono giungere le informazioni nervose.
A ipotizzare che lo spazio sinaptico potesse servire ai neuroni per rilasciarvi dei messaggeri di tipo chimico fu il farmacologo tedesco Otto Loewi.
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I neurotrasmettitori sono prodotti utilizzando gli aminoacidi, all’interno della cellula presinaptica, tramite il reticolo endoplasmatico e l’apparato del Golgi e sono immagazzinati nelle vescicole che vagano nel citosol della cellula nervosa. 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.
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. 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.
Secondo il linguaggio dei neurobiologi, la risposta cellulare indotta dai neurotrasmettitori, a livello della membrana post-sinaptica, può essere eccitatoria o inibitoria.
I neurotrasmettitori sono captati da specifici recettori, canali ionici, posti sulla membrana della cellula postsinaptica. Il segnale chimico trasportato dai neurotrasmettitori è tradotto in segnale elettrico e quindi, dopo aver svolto la propria funzione, i neurotrasmettitori sono rimossi dai recettori. Tale processo è chiamato ricaptazione e vede il loro riassorbimento, ad opera della cellula presinaptica, che li distruggerà nel citosol o li reintegrerà nelle vescicole.
Inoltre, sulla base della dimensione, i neurotrasmettitori possono essere distinti in neuropeptidi e piccole molecole. I neuropeptidi comprendono dai 3 ai 36 amminoacidi, mentre nel gruppo delle piccole molecole ci sono amminoacidi singoli, come il glutammato ed il gaba e i neurotrasmettitori come l’acetilcolina, la serotonina e l’istamina.
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Il primo gruppo è composto da neurotrasmettitori responsabili della maggior parte delle risposte rilasciate dal sistema nervoso, come la trasmissione di segnali sensoriali al cervello e di comandi motori ai muscoli.
I neurotrasmettitori a basso peso molecolare sono sintetizzati nel citosol della terminazione presinaptica e, successivamente, mediante trasporto attivo, sono assorbiti all’interno delle numerose vescicole presenti nel terminale sinaptico. Quando un segnale giunge al terminale sinaptico, poche vescicole alla volta liberano il loro neurotrasmettitore nella fessura sinaptica.
I neuropeptidi, invece, sono implicati negli effetti più prolungati, come le modificazioni a lungo termine del numero di recettori e la chiusura o l’apertura prolungata di alcuni canali ionici. Tali proteine sono trasportate all’interno del reticolo endoplasmatico e quindi all’interno dell’apparato del Golgi, dove la proteina da cui originerà il neuropeptide è scissa enzimaticamente in frammenti più piccoli, alcuni dei quali costituiscono il neuropeptide o un suo precursore e successivamente, l’apparato del Golgi impacchetta il neuropeptide in piccole vescicole che si generano da esso.
Classificazione dei Neurotrasmettitori
Esistono diverse classi di neurotrasmettitori, tra cui:
- La classe degli aminoacidi o dei derivati degli aminoacidi.
- La classe dei peptidi.
- La classe delle monoamine.
- La classe delle cosiddette “amine traccia”.
- La classe delle purine.
- La classe dei gas.
- 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.
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Principali Neurotrasmettitori e le Loro Funzioni
Esistono 9 sostanze a basso peso molecolare che sono riconosciute come neurotrasmettitori. Otto di queste sono delle amine e sette di loro sono aminoacidi o derivati di questi ultimi.
- Acetilcolina (ACH): È il neurotrasmettitore usato dai motoneuroni del midollo spinale e di conseguenza è presente a livello di tutte le giunzioni neuromuscolari dei vertebrati. Nel sistema nervoso autonomo essa è il neurotrasmettitore di tutti i neuroni pregangliari e di quelli parasimpatici postgangliari. La molecola della acetilcolina è stata il primo neurotrasmettitore a essere individuato. È responsabile della trasmissione nervosa sia a livello del sistema nervoso centrale sia del sistema nervoso periferico. Oltre ad agire a livello muscolare, l'acetilcolina influenza anche il funzionamento degli organi controllati dal cosiddetto sistema nervoso autonomo.
- Dopamina: È un neurotrasmettitore endogeno della famiglia delle catecolammine. All’interno del cervello questa feniletilammina funziona da neurotrasmettitore tramite l’attivazione dei recettori dopaminici specifici e subrecettori. Essa è prodotta in diverse aree del cervello, tra cui la substantia nigra e l’area tegmentale ventrale. La dopamina è un ormone rilasciato dall’ipotalamo e la sua principale funzione è inibire il rilascio di prolattina da parte del lobo anteriore dell’ipofisi.
- Serotonina: Dal punto di vista patologico, sembrerebbe aver un ruolo nello sviluppo della depressione e delle malattie affini.
- Istamina: L’istamina è attiva nei processi infiammatori, nel controllo dei vasi della muscolatura liscia e delle ghiandole esocrine. L’istamina consente una neurotrasmissione di tipo veloce, aumentando la conduttanza agli ioni cloro nel talamo attraverso i suoi recettori h2 o un canale ionico.
- Norepinefrina e 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). L’adrenalina, oltre che nella parte midollare del surrene è liberata anche a livello di sinapsi del sistema nervoso centrale, dove svolge il ruolo di neurotrasmettitore. In generale l’adrenalina, è coinvolta nella reazione “attacco e fuga”. La noradrenalina o norepinefrina è un neurotrasmettitore rilasciato dalle cellule cromaffini come ormone nel sangue, è anche un neurotrasmettitore nel sistema nervoso, dove è rilasciato dai neuroni noradrenergici durante la trasmissione sinaptica. In quanto ormone dello stress, coinvolge parti del cervello dove risiedono i controlli dell’attenzione e delle reazioni. La noradrenalina è rilasciata quando una serie di cambiamenti fisiologici sono attivati da un evento.
- Glutammato: Il glutammato monosodico è il sale di sodio dell’acido glutammico, uno dei 23 amminoacidi naturali che costituiscono le proteine. È uno degli amminoacidi più abbondanti in natura ed è possibile trovarlo nel latte, nei pomodori e nei funghi, oltre che in alcune alghe usate nella cucina giapponese. Il parmigiano è il cibo che ne contiene di più: 1,2 grammi ogni 100. In natura, scoperto nel 1908 dal chimico giapponese kikunae ikeda, è un costituente della laminaria japonica (kombu), un’alga comunemente utilizzata nella cucina giapponese. Il glutammato monosodico trova uso nell’industria alimentare come additivo ed è identificato dalla sigla e621.
- GABA: Il GABA (acido gamma-amminobutirrico) viene sintetizzato a partire dal glutammato con una reazione catalizzata dell’acido-gluttammatico-decarbossilasi. Una classe importante di interneuroni inibitori è quella gaba-ergica. Si ritiene che il GABA sia il principale neurotrasmettitore inibitorio di molte aree cerebrali, a livello di numerosi interneuroni inibitori e nei granuli del bulbo olfattivo.
- Glicina: La glicina è sintetizzata dalla serina ed è uno dei due neurotrasmettitori degli interneuroni inibitori del midollo spinale. Essa è un amminoacido non polare. La maggior parte delle proteine è costituita da piccole quantità di glicina.
Neurotrasmettitori e Disturbi
Farmaci, droghe ed altre sostanze possono interferire con il funzionamento dei neurotrasmettitori. Molte sostanze stimolanti e anti-depressive alterano la trasmissione dei neurotrasmettitori.
Per esempio, la cocaina blocca la ricaptazione della dopamina, consentendo di rimanere più a lungo nello spazio inter-sinaptico. In particolare, la cocaina altera i circuiti dopaminergici del nucleus accumbens, regione del cervello implicata nella spinta motivazionale e nel rafforzamento emozionale.
Il core neurochimico del PTSD sta nell’anomala regolazione delle catecolamine, della serotonina, di alcuni aminoacidi, di alcuni peptidi e dei neurotrasmettitori oppioidi, ciascuno dei quali svolge il suo ruolo di neuromediatore nei circuiti cerebrali che regolano/integrano la risposta allo stress e alla paura.
Catecolamine
Le catecolamine (adrenalina, noradrenalina e dopamina) sono ormoni e neurotrasmettitori derivati della tirosina e rilasciati dal corpo in situazioni di stress. Sono prodotte dalle ghiandole surrenali come ormoni rilasciati nel circolo ematico, e come neurotrasmettitori a livello dei gangli presinaptici. L’adrenalina è il principale neurotrasmettitore del sistema nervoso simpatico, implicato nella preparazione dell’organismo alla strategia di “attacco o fuga”.
Molti studi hanno dimostrato che i pazienti affetti da PTSD cronico presentano un’elevata attivazione del sistema nervoso vegetativo e dello stato di allerta, come evidenziato dall’aumento della frequenza cardiaca, della pressione sanguigna, della conduttanza cutanea, e di altre misure psicofisiologiche, correlate con una disregolazione della via noradrenergica.
Il sito principale per la sintesi di noradrenalina (NA) nel cervello è il Locus Coeruleus (LC) chiamato anche “punto blu” per la sua colorazione tendente all’azzurro, dovuta ai granuli di melanina al suo interno. Il LC è un nucleo di neuroni di medie dimensioni, situato nel tronco encefalico, tra il mesencefalo e il ponte; le connessioni nervose di questo nucleo raggiungono il midollo spinale, il tronco cerebrale, il cervelletto, l’ipotalamo, il talamo, l’amigdala, la base del telencefalo e la corteccia cerebrale.
Attraverso le connessioni con la corteccia frontale, la corteccia temporale, il talamo e l’ipotalamo il LC è coinvolto nella regolazione di:
- Attenzione
- Ciclo sonno-veglia
- Processi di apprendimento
- Percezione del dolore
- Meccanismi di ansia/stress
- Regolazione dell’umore e dell’appetito
È stato sperimentalmente osservato che una massiccia secrezione di neurormoni noradrenergici, al momento del trauma, determina il potenziamento a lungo termine (PLT) e, quindi, il sovraconsolidamento dei ricordi traumatici. Il PLT è cruciale per la valutazione degli input sensoriali successivi grazie alle “tracce” di memoria associate all’evento primario: questo fenomeno sembra essere mediato dall’input noradrenergico all’amigdala. È quindi possibile che la noradrenalina giochi un ruolo importante nella caratteristica iperreattività delle persone con PTSD.
L’esposizione allo stress di un grave trauma, dunque, accompagnata da un aumentato rilascio di noradrenalina, potrebbe sensibilizzare l’individuo, generando una sorta di reattività amplificata nei confronti di stimoli successivi.
Fenomeni intrusivi, invece, come i flashbacks e gli incubi nei pazienti affetti da PTSD potrebbero essere correlati con l’aumentata innervazione noradrenergica delle connessioni fra LC, ippocampo, amigdala e neocorteccia temporale.
È importante sottolineare che, sebbene l’elevata liberazione di noradrenalina al momento del trauma determini un eccessivo consolidamento dei ricordi traumatici, altri neurormoni, come l’ossitocina e gli oppioidi endogeni, possono contribuire alla creazione di amnesie spesso riscontrate nel PTSD.
Sistema Serotoninergico
La serotonina (5-HT) è un neurotrasmettitore monoaminico, sintetizzato dai neuroni serotoninergici nel sistema nervoso centrale (SNC), nonché nelle cellule enterocromaffini nell’apparato gastrointestinale. E’ un importante trasmettitore del SNC ed è presente in elevate concentrazioni in specifiche aree del mesencefalo. Nel SNC la serotonina svolge un ruolo importante nella regolazione dell’umore, del sonno, della temperatura corporea, della sessualità e dell’appetito.
Anche se non si conoscono le precise conseguenze della disregolazione serotoninergica, molti studi indicano la sua implicazione nel PTSD. Le vie serotoninergiche individuate come importanti nello sviluppo dei sintomi del PTSD sono due:
- La prima interconnette il rafe dorsale (nucleo del tronco dell’encefalo) con l’amigdala, coinvolgendo i recettori serotoninergici postsinaptici che mediano i comportamenti di evitamento condizionato.
- La seconda via interconnette il rafe mediano (anch’esso nucleo del tronco dell’encefalo) e l’ippocampo, ed è una via coinvolta nella capacità di recupero e adattamento allo stress.
In sintesi, la disfunzione del sistema serotoninergico, indotta da una condizione di stress cronico elevato, potrebbe danneggiare il funzionamento del sistema inibitorio comportamentale, determinando diversi sintomi riscontrati nel PTSD, quali le esplosioni di aggressività, l’ipervigilanza, l’impulsività e i ricordi intrusivi.
Sistema Endorfinico
Le endorfine sono un gruppo di sostanze prodotte nel lobo anteriore dell’ipofisi, sono classificabili come dei neurotrasmettitori e sono dotate di proprietà analgesiche e fisiologiche simili a quelle della morfina e dell’oppio ma con una portata più ampia. Sono presenti nei tessuti degli animali superiori e vengono rilasciate in particolari condizioni di fatica fisica e stress; anche una forte emozione rilascia endorfine. Il sistema endorfinico determina analgesia durante la risposta allo stress, attraverso il rilascio di oppioidi endogeni che inibiscono il dolore e riducono il panico.
Tabella Riassuntiva dei Principali Neurotrasmettitori
| Neurotrasmettitore | Funzioni Principali |
|---|---|
| Acetilcolina | Controllo muscolare, memoria, cognizione |
| Dopamina | Controllo del movimento, regolazione dell’umore, motivazione, ricompensa |
| Serotonina | Regolazione dell’umore, del sonno, dell’appetito, funzioni cognitive |
| Glutammato | Neurotrasmettitore eccitatorio principale nel sistema nervoso centrale |
| GABA | Neurotrasmettitore inibitorio principale nel sistema nervoso centrale |
| Norepinefrina | Regolazione dell’attività del sistema nervoso simpatico |
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