Come descritto brevemente nel capitolo precedente, i neurotrasmettitori sono segnali chimici rilasciati dai terminali nervosi presinaptici nella fessura sinaptica. Il successivo legame dei neurotrasmettitori a recettori specifici sui neuroni postsinaptici (o altre classi di cellule bersaglio) cambia transitoriamente le proprietà elettriche delle cellule bersaglio, portando a un’enorme varietà di effetti postsinaptici (vedi capitoli 7 e 8).
La nozione che l’informazione elettrica può essere trasferita da un neurone all’altro per mezzo della segnalazione chimica è stata oggetto di un intenso dibattito nella prima metà del ventesimo secolo. Un esperimento chiave a sostegno di questa idea fu eseguito nel 1926 dal fisiologo tedesco Otto Loewi. Agendo su un’idea che presumibilmente gli venne nel cuore della notte, Loewi dimostrò che la stimolazione elettrica del nervo vago rallenta il battito cardiaco rilasciando un segnale chimico. Ha isolato e perfuso i cuori di due rane, monitorando la velocità con cui battevano (Figura 6.1). Il succo del suo esperimento era quello di raccogliere il perfusato che scorreva attraverso il cuore stimolato e trasferirlo al secondo cuore. Anche se il secondo cuore non era stato stimolato, anche il suo battito rallentò, dimostrando che il nervo vago regola la frequenza cardiaca rilasciando una sostanza chimica che si accumula nel perfusato. Originariamente indicato come “sostanza del nervo vago”, l’agente è stato poi dimostrato essere l’acetilcolina (ACh), che nel corso degli anni è diventato il neurotrasmettitore più studiato. L’ACh agisce non solo nel cuore, ma in una varietà di obiettivi postsinaptici nel sistema nervoso centrale e periferico, soprattutto nella giunzione neuromuscolare dei muscoli striati e nel sistema motorio viscerale (vedi capitoli 5 e 21).
Figura 6.1
L’esperimento di Loewi che dimostra la neurotrasmissione chimica. (A) Diagramma del setup sperimentale. (B) Quando il nervo vago del cuore di una rana isolata è stato stimolato, la frequenza cardiaca è diminuita (pannello superiore). Se il fluido di perfusione dal cuore stimolato (più…)
Nel corso degli anni, sono emersi diversi criteri formali che identificano definitivamente una sostanza come un neurotrasmettitore (Box A). Tuttavia, identificare i neurotrasmettitori attivi in ogni particolare sinapsi rimane un’impresa difficile, e per molte sinapsi (in particolare nel cervello), la natura del neurotrasmettitore non è ben stabilita. Le sostanze che non hanno soddisfatto tutti i criteri delineati nel Box A sono definite neurotrasmettitori “putativi”.
Box A
Criteri che definiscono un neurotrasmettitore.
Le caratteristiche distintive dei neurotrasmettitori, rispetto ad altre molecole di segnalazione, sono rese più chiare dal confronto con le azioni degli ormoni secreti dal sistema endocrino. Gli ormoni influenzano tipicamente cellule bersaglio molto lontane dalla cellula che secerne l’ormone (vedi capitolo 8). Questa “azione a distanza” si ottiene con il rilascio di ormoni nel flusso sanguigno. Al contrario, la distanza su cui agiscono i neurotrasmettitori è minuscola. In molte sinapsi, i trasmettitori si legano solo ai recettori sulla cellula postsinaptica che si trova direttamente sotto il terminale presinaptico (Figura 6.2A); in questi casi, il trasmettitore agisce su distanze inferiori al micrometro. Anche quando i neurotrasmettitori si diffondono localmente per alterare le proprietà elettriche di più cellule postsinaptiche (e talvolta presinaptiche) nelle vicinanze (Figura 6.2B), essi agiscono solo su distanze da decine a centinaia di micrometri. Mentre i processi assonali allungati dei neuroni permettono ai neurotrasmettitori di essere rilasciati fino a un metro di distanza dal corpo cellulare neuronale, questi trasmettitori agiscono ancora solo vicino al sito presinaptico di rilascio (Figura 6.2C).
Figura 6.2
Localizzazione dell’azione dei neurotrasmettitori. I neurotrasmettitori in generale agiscono localmente (A), alterando l’eccitabilità elettrica di una piccola regione di una singola cellula postsinaptica, o più diffusamente (B), alterando l’eccitabilità elettrica di una (più…)
Mentre la distinzione tra neurotrasmettitori e ormoni è generalmente chiara, una sostanza può agire come un neurotrasmettitore in una regione del cervello mentre serve come un ormone altrove. Per esempio, la vasopressina e l’ossitocina, due ormoni peptidici che vengono rilasciati in circolazione dall’ipofisi posteriore, funzionano anche come neurotrasmettitori in un certo numero di sinapsi centrali. Un certo numero di altri peptidi servono anche come ormoni e neurotrasmettitori.