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L'assone oneurite(in generale, anche idendriti sono classificabili come neuriti) è un conduttore di impulsi in direzione centrifuga rispetto al corpo cellulare. Ognineurone ha unicamente un assone. Esso si origina a partire dalsoma cellulare attraverso una particolare struttura anatomica che prende il nome di "cono di emergenza"; questo nome deriva dal fatto che questa struttura ha forma di tronco di cono con la base rivolta verso il "soma" cellulare e l'apice tronco che continua nell'assone.L'assone, solitamente, non presenta diramazioni nella sua porzione prossimale, mentre, nella sua porzione distale, si dirama assumendo l'aspetto della "chioma di un albero".
Nel regno animale, a seconda dello stato evolutivo, esistono due tipologie di trasmissione dell'impulso nervoso tra due cellule attigue:
Una trasmissione puramente elettrica, in cui l'assone è a contatto diretto con le strutture del neurone "bersaglio" e avviene una depolarizzazione "per contatto" (tipica degli invertebrati).
Una trasmissione chimica, in cui due neuroni attigui comunicano attraverso il rilascio di sostanze chimiche, che prendono il nome di "mediatori" (ad esempioacetilcolina oadrenalina); a seconda del mediatore che le fibre utilizzano per "comunicare" esse vengono classificate in modi differenti.
Le diramazioni assoniche terminali finiscono con una struttura dilatata, detta a "bottoncino", che prende il nome di sinapsi. La sinapsi viene divisa in uno spazio presinaptico (la vescicola) e uno postsinaptico (lo spazio compreso tra la vescicola e la membrana nel neurone successivo). La sinapsi contiene solo i mediatori chimici e i mitocondri necessari alla produzione energetica; la sintesi dei mediatori avviene nel soma cellulare e viene trasportato alla sinapsi attraverso il "flusso assonico". Le sinapsi possono entrare in contatto sia con il soma sia con idendriti di altre cellule nervose. L'assone si comporta come un conduttore elettrico; infatti grazie alla presenza di alcuni ioni comesodio,cloro,calcio epotassio, viene creato un flusso ionico che genera una corrente elettrica.Quando arriva un impulso elettrico, questo percorre l'assone. A livello dellesinapsi ladepolarizzazione determinata dalla corrente determina l'apertura di canali per il calcio. Questo determina il rilascio di una sostanza chimica dettaneurotrasmettitore (come l'acetilcolina, l'acido aminoglutammico,GABA, o altri) che, legandosi a specificirecettori, permette il passaggio dell'impulso elettrico da un neurone all'altro. L'assone quindi rappresenta l'output del neurone che rilascia un impulso elettrico e allo stesso tempo l'input per i neuroni riceventi.
Il singolo assone ha un diametro microscopico di pochi micrometri, ma la sua lunghezza può raggiungere lunghezze macroscopiche. Gli assoni più lunghi del corpo umano sono quelli che costituiscono ilnervo sciatico che dalla base delmidollo spinale raggiungono l'alluce dei piedi e possono raggiungere lunghezze superiori al metro.
L'assoplasma è l'equivalente delcitoplasma cellulare. Imicrotubuli si formano nell'assoplasma del collicolo assonico. Sono disposti lungo l'assone, in sezioni sovrapposte, e puntano tutti nella stessa direzione, cioè verso i terminali degli assoni.[1] Studi sull'assoplasma hanno consentito di visualizzare il movimento di vescicole di tutte le dimensioni lungo i filamenti delcitoscheletro, in entrambe le direzioni, tra l'assone, i suoi terminali e il corpo cellulare.
Il trasporto anterogrado in uscita dal corpo cellulare lungo l'assone, trasporta imitocondri e le proteine di membrana necessarie per la crescita fino al terminale assonale. Il trasporto retrogrado trasporta materiali di scarto dal terminale assonico al corpo cellulare.[2] Il trasporto in uscita avviene grazie alle proteine dettechinesine quello in entrata dalledineine.[2] Esistono molte forme di chinesina e dineina e si pensa che ciascuna di esse abbia un carico diverso.[1]
amieliniche, se gli assoni sono solamente contenuti in una nicchia delle cellule di Schwann, prive di isolante interagiscono con le molecole dell'ambiente circostante.
mieliniche, se le cellule mieliniche si avvolgono più volte attorno all'assone, formando una fila di manicotti, che schermano la fibra dalla corrente ionica. Lungo le fibre mieliniche, la guaina mielinica presenta delle interruzioni, i nodi di Ranvier, che permettono una conduzione del segnale elettrico più rapida, detta "conduzione saltatoria".
Le cellule di Schwann mielinizzano un singolo assone. Un oligodendrocita può mielinizzare fino a 50 assoni.[3]
Inodi di Ranvier sono brevi segmenti non mielinizzati che si trovano intervallati tra i segmenti dellaguaina mielinica dell'assone. Nel nodo di Ranvier, l'assone ha un diametro ridotto.[4] I nodi sono aree in cui è possibile generare potenziali di azione. Le correnti elettriche prodotte in ciascun nodo di Ranvier sono condotte con sul nodo successivo, dove generano un altro potenziale di azione. Quindi, in un assone mielinizzato, i potenziali d'azione saltano da un nodo all'altro, evitando i segmenti mielinizzati in mezzo, con una velocità di propagazione più veloce rispetto agli assoni non mielinizzati più veloci.
Un assone può dividersi in molti rami chiamati telodendri. Alla fine di ogni telodendro c'è un terminale assonale (o bottone terminale). Nei terminali sono presenti dellevescicole sinaptiche che contengono ilneurotrasmettitore che verrà rilasciato alla sinapsi. Sono possibili più connessioni sinaptiche con altri neuroni, e volte l'assone di un neurone può agire sui dendriti dello stesso neurone.
Immagine schematica di una sinapsi 1- Assone della cellula presinaptica 2 - Bottone terminale dell'assone 3 - Vescicole contenenti il neurotrasmettitore 4 - Recettori 5 - Dendrite della cellula postsinaptica
La maggior parte degli assoni trasmette segnali sotto forma dipotenziali d'azione, che sono impulsi elettrochimici che viaggiano rapidamente lungo l'assone, dal corpo cellulare al punto in cui l'assone effettua il contattosinaptico con la cellula bersaglio. Il potenziale d'azione è "tutto o niente", ovvero che ha la stessa dimensione e forma. Questa caratteristica consente di trasmettere i potenziali da un'estremità all'altra mantenendo intensità costante. Esistono, tuttavia, alcuni tipi di neuroni con assoni corti che trasmettono segnali elettrochimici graduati, di ampiezza variabile.
Quando un potenziale d'azione raggiunge un terminale presinaptico, attiva il processo ditrasmissione sinaptica. Il primo passo è l'apertura rapida deicanali ionici del calcio nella membrana dell'assone, che consentono agliioni calcio di fluire verso l'interno. Il conseguente aumento della concentrazione di calcio intracellulare causa la fusione dellevescicole sinaptiche contenenti ilneurotrasmettitore con la membrana dell'assone e lo svuotamento del loro contenuto nellospazio extracellulare. Il neurotrasmettitore viene rilasciato attraversoesocitosi, e diffonde sui recettori situati sulla membrana della cellula bersaglio. Il neurotrasmettitore si lega ai recettori e li attiva. A seconda del tipo di recettori attivati, l'effetto sulla cellula bersaglio può essere quello di eccitazione o inibizione. L'intera sequenza di eventi si svolge in meno di un millesimo di secondo. Infine all'interno del terminale presinaptico, viene posizionata una nuova serie di vescicole vicino alla membrana, pronta per essere rilasciata al successivo potenziale d'azione.[5]
Oltre a propagare i potenziali d'azione, l'assone è in grado di amplificarli, il che assicura la propagazione dei potenziali d'azione sequenziali verso il terminale assonale. In termini di meccanismi molecolari, ciò avviene perché icanali del sodio voltaggio-dipendenti negli assoni possiedono una soglia più bassa e un periodo refrattario più breve in risposta agli impulsi a breve termine.[6]
Lo sviluppo dell'assone è uno dei principali stadi dello sviluppo complessivo delsistema nervoso.[7] Studi condotti su neuroniippocampali suggeriscono che i neuroni producano dei neuriti multipli, ma che solo uno di essi sia destinato a diventare l'assone.[8] Non è chiaro se la differenziazione degli assoni preceda l'allungamento degli assoni o viceversa, anche se gli studi recenti propendono per l'ultima spiegazione.[9] Se un assone non completamente sviluppato viene reciso, altri neuriti possono trasformarsi in assone, ma ciò si verifica solo quando l'assone viene tagliato almeno 10 µm più corto rispetto agli altri neuriti. Dopo l'incisione, il neurita più lungo diventerà il futuro assone e tutti gli altri neuriti, incluso l'assone originale, si trasformeranno indendriti.[10] Agire dall'esterno su un neurite, facendolo allungare, lo farà diventare un assone.[11] Tuttavia, lo sviluppo assonale si ottiene attraverso una complessa interazione tra segnalazione extracellulare, segnalazione intracellulare e dinamicacitoscheletrica.
Gli assoni in crescita si muovono attraverso il cono di crescita nell'ambiente circostante. Il cono di crescita si estende tramite illamellipodio, che contiene sporgenze dette filopodi, attraverso i quali l'intero processo aderisce alle superfici ed esplora l'ambiente. L'actina svolge un ruolo importante nella mobilità assonale. Ambienti con alte concentrazioni dimolecole di adesione cellulare (CAM) creano un ambiente ideale per la crescita dell'assone. Esempi di CAM specifici per sistemi neurali comprendonoN-CAM, laglicoproteina TAG-1,[12] e le MAG, che fanno parte della superfamiglia delleimmunoglobuline. Un altro insieme di molecole chiamate molecole di adesione dellamatrice extracellulare forniscono un substrato ideale affinché gli assoni crescano. Esempi di queste molecole includonolaminina,fibronectina,tenascina e perlecano. Le cellule guida, cioè neuroni non maturi, aiutano nella crescita degli assoni neuronali. Se gli assoni di un neurone sono danneggiati, si possono rigenerare fino a quando il soma (il corpo cellulare di un neurone) non viene a sua volta danneggiato. Gli assoni danneggiati possono ricostituire le connessioni sinaptiche con altri neuroni con l'aiuto di cellule guida. Questo processo è noto come neurorigenerazione.[13]
Il Nogo-A è una componente inibitoria della crescita dei neuriti presente nelle membranemieliniche del sistema nervoso centrale. Ha un ruolo cruciale nel limitare la rigenerazione assonale nel sistema nervoso centrale dei mammiferi adulti. In studi recenti, se il Nogo-A è bloccato e neutralizzato, è possibile indurre una rigenerazione assonale a lunga distanza che porta al miglioramento del recupero funzionale nei ratti e nelmidollo spinale del topo. Questo esperimento non è stato ancora fatto sugli umani.[14] Uno studio recente ha evidenziato che imacrofagi attivati attraverso una specifica via infiammatoria dal recettore Dectin-1 sono in grado di promuovere il recupero degli assoni, causando peròneurotossicità.
Gli assoni dei neuroni nelsistema nervoso periferico umano possono essere classificati in base alle loro caratteristiche fisiche e alle proprietà di conduzione del segnale. Gli assoni sono noti per avere spessori diversi (da 0,1 a 20 µm)[15] e si pensava che queste differenze fossero correlate alla velocità con cui unpotenziale d'azione può viaggiare lungo l'assone - la sua velocità di conduttanza.Erlanger eGasser hanno dimostrato questa ipotesi e identificato diversi tipi difibre nervose, stabilendo una relazione tra il diametro dell'assone e la sua velocità di conduzione nervosa. Pubblicarono le loro scoperte nel 1941 dando la prima classificazione degli assoni.
Gli assoni sono classificati in due sistemi. Il primo introdotto da Erlanger e Gasser, raggruppava le fibre in tre gruppi principali usando le lettere A, B e C. Questi gruppi, comprendono sia le fibre sensoriali (afferenti) che le fibre motorie (efferenti). Il gruppo A è suddiviso in fibre alfa, beta, gamma e delta (Aα, Aβ, Aγ e Aδ). Imotoneuroni delle fibre motorie, sono i neuroni motori inferiori - alfa motoneurone, beta motoneurone e motoneurone gamma con le fibre nervose Aα, AC e Aγ rispettivamente.
Successive scoperte di altri ricercatori hanno identificato due gruppi di fibre Aa che sono fibre motorie. Poi è stato introdotto in un sistema che includeva solo fibre sensoriali (anche se alcuni di questi sono nervi misti). Questo sistema (classificazione di Lloyd-Hunt) utilizza i numeri romani, e comprende il Tipo Ia, Tipo Ib, Tipo II, Tipo III e Tipo IV.
Diversirecettori sensoriali innervano diversi tipi di fibre nervose, così distinte in base allaclassificazione di Lloyd-Hunt: Ia, Ib, II, III e IV. Ipropriocettori sono innervati dalle fibre sensoriali di tipo Ia, Ib e II, imeccanocettori da fibre sensoriali di tipo II e III, inocicettori e itermocettori da fibre sensoriali di tipo III e IV.
A partire dai lavori pionieristici di Cole, Huxley, Curtis e Hodgkin si è provato a descrivere gli assoni in termini di circuiti elettrici, rappresentando in termini di impedenze le caratteristiche elettriche delle cellule. Numerosi sono i modelli proposti. Quelli più studiati e conosciuti sono ilmodello a cavo e il modello a linea di trasmissione
In ordine di gravità, la lesione a un nervo può essere descritta comeneuroaprassia, assonotmesi o neurotmesi.
La disfunzione degli assoni del sistema nervoso è una delle cause di molti disturbi neurologici ereditari che colpiscono sia i neuroni periferici che i neuroni centrali.[5]
L'anatomista tedescoOtto Friedrich Karl Deiters è lo scopritore degli assoni e il primo a distinguerli daidendriti.[5] Lo svizzeroRüdolf Albert von Kölliker e il tedesco Robert Remak furono i primi a identificare e caratterizzare il segmento iniziale degli assoni. Kölliker diede il nome all'assone nel 1896.[24] Alan Hodgkin eAndrew Huxley studiarono l'assone gigante di calamaro (1939) e nel 1952 ottennero un'analisi quantitativa completa della base ionica delpotenziale d'azione, portando alla formulazione dellmodello di Hodgkin - Huxley, che valse ad entrambi ilPremio Nobel nel 1963. Le formule che descrivono laconduttanza assonale furono estese ai vertebrati grazie alle equazioni di Frankenhaeuser-Huxley. Il primo a descrivere i nodi assonali fuLouis-Antoine Ranvier, che per questo motivo sono comunemente chiamatinodi di Ranvier.Santiago Ramón y Cajal, un anatomista spagnolo, propose che gli assoni fossero i componenti in uscita dei neuroni, descrivendone la funzionalità.[5]Joseph Erlanger e Herbert Gasser svilupparono il sistema di classificazione delle fibre nervose periferiche, basato sulla velocità di conduzione assonale, sulla mielinizzazione, sulla dimensione delle fibre ecc. La comprensione delle basi biochimiche per la propagazione del potenziale d'azione è ulteriormente progredita e include molti dettagli sui singolicanali ionici.
Gli assoni negliinvertebrati sono stati ampiamente studiati. Ilcalamaro atlantico, usato come organismo modello, ha l'assone più lungo conosciuto.[25] Ilcalamaro gigante ha il più grande assone conosciuto. Le sue dimensioni variano da un millimetro a mezzo millimetro di diametro. La velocità di conduzione più veloce registrata è di 210 m/s e si trova negli assoni di alcunigamberetti pelagici,[26] con un range usuale compreso tra 90 e 200 m/s[27] (cfr. 100–120 m/s per l'assonevertebrato mielinizzato più veloce).
In altri casi, come osservato negli studi sui ratti, un assone può avere origine da undendrite. Alcuni assoni con origine dendritica hanno un segmento iniziale prossimale che inizia direttamente sull'origine dell'assone, mentre altri hanno un segmento iniziale distale, separato dall'origine dell'assone.[28] In molte specie alcuni neuroni hanno assoni che partono dal dendrite e non dal corpo cellulare.[29] In molti casi, l'assone ha origine sul soma. Alcuni assoni con origine somatica hanno un segmento iniziale prossimale adiacente almonticolo assonico, mentre altri hanno un segmento iniziale distale.[28]
^ A. Hess e J. Z. Young,The nodes of Ranvier, inProceedings of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences, vol. 140, n. 900, 20 novembre 1952, pp. 301-320.URL consultato il 31 luglio 2018.
^abcd Dominique Debanne, Emilie Campanac e Andrzej Bialowas,Axon Physiology, inPhysiological Reviews, vol. 91, n. 2, 2011-04, pp. 555-602,DOI:10.1152/physrev.00048.2009.URL consultato il 30 luglio 2018.
