Fis Gen Oculare 07

FISIOLOGIA
Generale e Oculare
File # 7
UniSalento – Ottica e Optometria – Fisiologia Generale e Oculare – A.A. 2016-2017 – S. Marsigliante - # 7
i Neurotrasmettitori retinici
il Glutammato (GLU) è il principale neurotrasmettitore della retina ed è usato da coni e
bastoncelli, bipolari e gangliari
Recettori glutamatergici
(ionotropico) NMDA
Attivabili dall’acido N-metil-D-aspartico
METABOTROPICI
(ionotropico)
mGLUR1
Kainato
mGLUR2
Acido kainico
mGLUR3
mGLUR4
mGLUR5
mGLUR6
(ionotropico)
AMPA
α-amino-3idrossi-5metil-4isossazol propinico
mGLUR7
mGLUR8
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Proprietà dei recettori NMDA e non-NMDA
nelle cellule bipolari di tipo OFF
GLU
Na+
GLU
Mg2+
AMPA
kainato
K+
++++++++++++++++++++++
NMDA
Leggera depolarizzazione
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Proprietà dei recettori NMDA e non-NMDA
nelle cellule bipolari di tipo OFF
Espulsione del Mg2+
Na+
GLU
+++++ AMPA
kainato
Na+ Ca2+
++++++++++++
Mg2+
NMDA
+++++
K+
Na+ Ca2+
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:
Cellule di MULLER
Neuroni
gangliari
Trasportatori del GLU sono presenti nei
fotorecettori e nelle cellule di Muller.
Incorporano GLU dentro le cellule di Muller
grazie a un trasportatore di Na+, K+ e OH(oppure HCO3-). L’eccesso di ioni sodio genera
Neuroni
BIPOLARI
una corrente positiva entrante (trasportatore
elettrogenico)
Interno
Cellula di
Muller
3Na+
GLU
fotorecettori
Cellule
PIGMENTATE
K+
OH-/HCO3-
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Proprietà dei recettori metabotropici mGLUR6 delle cellule bipolari ON
LUCE BUIO
GLU
Na+ Ca2+
AC
AC
αi(o1)
βγ
mGLUR6
Na+ Ca2+
βγ
GDP
Na+ Ca2+
αi(o1)
X
Na+ Ca2+
Blocco dell’ingresso di cariche positive = iperpolarizzazione
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Effetti del Ca2+ e del potenziale di membrana presinaptici
sulla liberazione di neurotrasmettitore
DEPOLARIZZAZIONE del terminale presinaptico
Aumento del Ca2+ nel terminale presinaptico
terminale
sinaptico
del
fotorecettore
esocitosi del
neurotrasmettitore
Cellula postsinaptica
esocitosi del
neurotrasmettitore
Cellula postsinaptica
Cellula postsinaptica
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ALTRI NEUROTRASMETTITORI della RETINA
GABA acido Gamma aminobutirrico - neurotrasmettitore inibitorio;
si trova in molti tipi di cellule amacrine.
Glicina - neurotrasmettitore inibitorio;
si ritrova nella maggior parte delle cellule amcrine. Le All possiedono sia glicina che GABA.
Inoltre almeno un tipo di cellule bipolari segnalano tramite glicina
Dopamina
si trova nelle cellule amacrine, soprattutto nelle A18
Acetilcolina - classico neurotrasmettitore eccitatorio del sistema nervoso periferico;
si trova nelle cellule amacrine. Le cellule gangliari Y hanno recettori muscarinici e nicotinici
Peptide vasoattivo intestinale
VIP è prodotto da una popolazione di cellule amacrine presenti nel INL (A12)
Sostanza P
SP si trova in un tipo di cellule amacrine e nelle cellule gangliari.
Somatostatina
SS si trova in alcune cellule amacrine e in neuroni di associazione di Cajal
Fattore di rilascio della Corticotropina
CRF è contenuto in cellule amacrine, probabilmente le stesse che secernono anche SS
neuropeptide Y
NPY si ritrova in alcune cellule Amacrine responsabili dei circuiti ON e OFF
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Le Cellule
Bipolari
e le loro funzioni
Nella retina vi sono 11 tipi differenti di cellule bipolari. Dieci sono per i coni e solo 1 per i bastoncelli
Poichè la retina umana è dominata dai bastoncelli (al di fuori della fovea) le cellule bipolari dei
bastoncelli sono il tipo di cellule bipolari più numerose.
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Le cellule Bipolari possono essere “diffuse” oppure “midget” in base
all’estensione dei dendriti.
Le midget (nane) contattano un singolo cono, mentre le diffuse contattano
più coni
Su sette dei 10 tipi di bipolari dei coni convergono molti coni (sono le cellule bipolari
diffuse DB), tra le quali c’è la gigante bistratificata (giant bistratified cone bipolar cell
GBB) specifica dei coni S.
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La terminazione sinaptica dei coni è il pedicello (8-10 µm diametro)
La terminazione sinaptica del bastoncello è detta sferula (3-5 µm)
Pedicelli e sferule contattano sia “cellule bipolari” che “cellule orizzontali” formando così
una “triade” (sono coinvolti tre tipi cellulari) e contengono i “nastri sinaptici”
Nei pedicelli si ritrovano circa 30 nastri mentre nelle sferule se ne ritrovano solo 2
Il dendrite della cellula
bipolare del bastoncello
penetra nella sferula facendo
una sinapsi con nastro.
Questa sinapsi possiede un
recettore glutamatergico
metabotropico di tipo mGluR6
Terminale sinaptico di
bastoncello sezionato su un
piano perpendicolare (a
sinistra) e parallelo (a
destra) al nastro sinaptico
D’Angelo-Peres
Fisiologia – Molecole Cellule e sistemi
EDI-ERMES
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Le Cellule
Orizzontali e le loro funzioni
Nell’uomo è presente un solo
tipo fisiologico di cellula
orizzontale: cellula a
luminosità (tipo-L); risponde
alla luce di qualunque
lunghezza d’onda del visibile
con l’iperpolarizzazione (detta
“potenziale-S”
Potenziale-S
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I principali ruoli funzionali delle cellule orizzontali
1) Creare campi recettivi spazialmente opponenti per i neuroni della
retina di secondo e terzo ordine
Centro del campo recettivo
ON
periferia del campo recettivo
ON
OFF
gruppo di bipolari
centrali tutte con
mGLUR6
orizzontale
bipolare
OFF
gruppo di bipolari
centrali tutte con
AMPA/kainato
le bipolari ricevono sinapsi dirette da un insieme di fotorecettori che costituiscono
il centro e sinapsi indirette da altri fotorecettori periferici tramite le orizzontali
2) Modulare il segnale dei fotorecettori sotto differenti condizioni di luminosità:
una forma di adattamento neuronale al primo livello sinaptico della retina
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H
-
-
H
H
-
-
ON
OFF
ON
OFF
H
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GLU
GLU
GABA
H
Inibizione del
terminale
sinaptico
-
GABA
-
bipolare
H
Inibizione del
terminale
sinaptico
gangliare
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Al buio il fotorecettore di periferia rilascia GLU che apre i recettori-canale AMPA/Kainato della
cellula orizzontale depolarizzandola; sull’altro terminale (centro) la cellula orizzontale rilascia il
neurotrasmettitore inibitorio
+BUIO PERIFERIA
CENTRO
Inibizione del
terminale sinaptico
tramite il
neurotrasmettitore
inibitorio
GABA
GLU
GLU
GLU
Cellula orizzontale molto
eccitata dal cono di
periferia
Bipolare ON
mGLUR6
GLU
Le cellule orizzontali creano un “campo
recettivo” spazialmente opponente
attraverso la retina
gangliare
inibizione laterale
periferia à centro
Bipolare OFF
AMPA/kainato
GLU
gangliare
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Alla luce il fotorecettore di periferia si iperpolarizza, il rilascio di glutammato si riduce e la cellula orizzontale si
eccita molto debolmente per cui rilascia poco GABA inibitorio sul centro
Luce
PERIFERIA
CENTRO
Scarsa inibizione del
terminale sinaptico
tramite il
neurotrasmettitore
inibitorio GABA
GLU
GLU
GLU
Bipolare OFF
Bipolare ON
Cellula orizzontale
debolmente eccitata
dal cono di periferia
mGLUR6
AMPA/kainato
GLU
GLU
gangliare
gangliare
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Il secondo fondamentale ruolo delle cellule orizzontali
Luce
modulazione del segnale dei
fotorecettori da parte delle
cellule orizzontali in differenti
condizioni di luminosità
(un’adattamento)
Terminale
sinaptico del
fotorecettore
Nastro
Sinaptico
con vescicole
Terminale
sinaptico del
fotorecettore
Nastro
Sinaptico
con vescicole
-
GABA
Buio
CENTRO-ON
-
mGLUR6
GABA
+
AMPA mGLUR6
+
GABA
orizzontale
-
bipolare
GABA
orizzontale
_
bipolare
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+
CENTRO-OFF
Luce
modulazione del segnale dei
fotorecettori da parte delle
cellule orizzontali in differenti
condizioni di luminosità
(un’adattamento)
Terminale
sinaptico del
fotorecettore
Buio
Terminale
sinaptico del
fotorecettore
Nastro
Sinaptico
con vescicole
Nastro
Sinaptico
con vescicole
GABA
GABA
-
-
AMPA
AMPA
+
+
GABA
HC
-
BC
-
GABA
HC
BC
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Le CELLULE ORIZZONTALI e i collegamenti spettrali
Nell’uomo sono presenti almeno tre tipi di cellule orizzontali di tipo L
chiamate HI, HII e HIII
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le cellule
AMACRINE
e le loro funzioni
Sono interneuroni che integrano, modulano e interpongono un
“DOMINIO TEMPORALE” al messaggio visivo da presentare alle cellule gangliari.
Le cellule amacrine si dividono in base alla
estensione dei loro dendriti in:
narrow-field (30-150 µm)
small-field (150-300 µm)
medium-field (300-500 µm)
wide-field (>500 µm)
Small-field
Narrow, medium-field
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La maggioranza delle cellule amacrine
sono INIBITORIE in quanto rilasciano i
neurotrasmettitori inibitori GABA o
glicina; esse però formano anche sinapsi
elettriche tramite gap junctions
Spesso le sinapsi delle cellule Amacrine
sono RECIPROCHE (cerchio blu) a quelle
delle cellule bipolari di input, cioè le
amacrine ritornano una sinapsi in vicinanza
della sinapsi di input
*sinapsi elettriche
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le
Cellule Gangliari
generano i segnali in uscita dalla retina (potenziali d’azione); i loro assoni formano il
nervo ottico (contenente più di un milione di assoni)
Nei mammiferi, uomo compreso, vi sono almeno 25 tipi di cellule gangliari
α, β, γ, G4, G5, G6,……………G22, G23, γg1, γg2, NPY-IR
Gli assoni delle cellule gangliari terminano principalmente al nucleo genicolato laterale e al collicolo
superiore
rappresentano il sistema retinico più complesso in grado di generare potenziali d’azioni dopo
interpretazione della scena visiva che include colori, dimensioni, direzione e velocità del moto.
Le cellule gangliari sono deputate alla produzione di potenziali d’azione
Quantità di glu rilasciato dalle bipolari
Le cellule gangliari variano la frequenza dei pot. d’azione in base alla quantità di GLU rilasciato dalle bipolari
Eventuali segnali equivalenti che possono risultare da un oggetto che cambia luminosità, forma o
moto devono poi subire una interpretazione superiore effettuata dal cervello
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Le cellule gangliari nell’Uomo si distinguono in base a diversi criteri:
Morfologia
Midget (nane)
Piccole ….. à …… Grandi
Diffuse
Fisiologia
Fasiche
Toniche
Morfologia
Monostratificate campo largo
Bistratificate (sublamina a e sublam. b di IPL)
Fisiologia – colore
Parasol (acromatiche)
Red-ON/Green-OFF e viceversa
Green-ON/Red-OFF e viceversa
Blue-ON/Yellow-OFF (ON/OFF)
Proiezioni al Nucleo Genicolato:
P alle cellule delo strato parvocellulare
M alle cellule dello strato magnocellulare
K alle cellule dello strato koniocellulare
Fisiologia – campi recettivi
Midget ON, Midget OFF
Blue-ON/Yellow-OFF (ON/OFF)
P toniche midget monostratificate
M parasol fasiche
K bistratificate ON/OFF
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Le cellule gangliari
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Rapporto tra fotorecettori e numero di cellule gangliari
Piú coni nella
fovea e piú bastoncelli in
periferia. In periferia: maggior
rapporto tra bastoncelli e cellule
gangliari. La fovea ha maggior
acuitá visiva.
La periferia é piú sensibile alla
luce (visione notturna)
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Cellule gangliari coinvolte nel ritmo circadiano: cellule gangliari a melanopsina
I fotorecettori possono essere di 2 tipi: rabdomerici (soprattutto negli invertebrati),
e ciliari (bastoncelli e coni dei vertebrati)
i 2 tipi di fotorecettori fanno 2 diverse fototrasduzioni
Bastoncelli e coni usano cGMP:
la risposta alla luce coincide con la
diminuzione dei livelli di cGMP che provoca
la chiusura di canali cationici e la
conseguente iperpolarizzazione della
membrana plasmatica
Nei fotorecettori rabdomerici si attiva la
fosfolipasi C (PLC) che porta all’apertura di
canali cationici e alla depolarizzazione della
membrana plasmatica.
Le cellule gangliari umane a melanopsina
segnalano con questo meccanismo (Graham,
Wong et al. 2008)
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In aggiunta alla loro fotosensibilità
intrinseca dovuta alla melanopsina,
queste cellule gangliari (ipRGC =
intrinsically photosensitive retinal
ganglion cells) ricevono anche
impulsi dai bastoncelli e dai coni
Le ipRGC sono circa l’1-3% di tutte
le gangliari retiniche
La melanopsina ha unaλmax (picco di sensibilità)
di circa 480 nm (linea blu). La linea nera
rappresenta lo spettro della luce naturale e la
linea rossa quello della luce fluorescente
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