Struttura e funzioni del sistema nervoso umano: un'analisi dettagliata

Funzioni del sistema nervoso

Le condizioni interne ed esterne al corpo devono essere registrate affinché l’organismo possa fornire risposte appropriate e mantenere l’omeostasi. L’integrazione di queste informazioni è effettuata mediante impulsi nervosi, che sono trasmessi attraverso il sistema nervoso. Il sistema nervoso può essere diviso in sistema nervoso centrale (SNC) che riceve le informazioni per elaborare risposte ed è costituito da encefalo e midollo spinale, e sistema nervoso periferico (SNP), che collega il SNC agli organi di senso e a quelli effettori ed è formato dai nervi, possiede i gangli che raggruppano i corpi cellulari dei neuroni. Il sistema nervoso svolge tre funzioni interconnesse: l’acquisizione sensoriale, l’integrazione e lo stimolo motorio.

Tipi di neuroni e loro funzioni

L’unità funzionale del tessuto nervoso è il neurone, un tipo di cellula in grado di trasmettere gli impulsi elettrici. I neuroni possono essere classificati in base a vari parametri e se ne individuano tre tipi principali:

-i neuroni sensoriali (afferenti): ricevono le informazioni dagli organi di senso e le trasmettono al sistema nervoso centrale;

-gli interneuroni: trasmettono i segnali all’interno dell’encefalo e del midollo spinale;

-i neuroni motori (efferenti): mandano gli impulsi dal sistema nervoso centrale agli effettori.

Struttura e funzione del neurone

Ogni neurone è caratterizzato da un corpo cellulare, che contiene il nucleo, da un assone, che trasporta le informazioni in uscita e da un certo numero di dendriti che ricevono le informazioni in entrata. L’assone è formato da cellule di Schwann connesse tra di loro tramite i nodi di Ranvier, e segue la regola del “tutto nulla” cioè che l’impulso deve partire e arrivare ma non può bloccarsi. Il cono di emergenza è la regione del corpo cellulare da cui parte l’assone, mentre alla fine dell’assone si trova il bottone sinaptico, tramite la quale l’impulso nervoso passa a un organo effettore o a un altro neurone. I neuroni sono circondati da cellule gliali che provvedono al nutrimento dei neuroni e hanno funzione di sostegno, isolamento e protezione.

Potenziale d'azione e sue fasi

I principali progressi nella comprensione della natura dell’impulso nervoso furono compiuti quando diventò possibile misurare la differenza del potenziale elettrico. Se due neuroni collocati all’esterno del neurone e lontano da esso, non si registra nessuna differenza di potenziale. Se uno dei due elettrodi è posto all’interno del neurone, si registra una differenza di potenziale di circa -70m, con l’interno carico negativamente e l’esterno positivamente: questo è il potenziale di riposo della membrana. La distribuzione degli ioni su entrambi i lati della membrana è regolata da tre fattori: la diffusione di particelle con un gradiente di concentrazione; l’attrazione tra le particelle di carica opposta e la repulsione tra quelle di carica uguale; le proprietà della membrana dell’assone. Il passaggio di queste particelle dipende dalla presenza di tre tipi di proteine di membrana:

-canali di fuga, cioè proteine integrali di membrana attraverso cui le particelle possono passare per diffusione;

-canali a controllo di potenziale, che si aprono e si chiudono in base alle variazioni del potenziale elettrico;

-pompa sodio-potassio, una proteina integrale di membrana presente negli assoni con il compito di trasportare gli ioni Na+ all’esterno e quelli K+ all’interno.

Se l’assone è percorso da uno stimolo, la carica interna diventa temporaneamente positiva rispetto all’interno. L’inversione di polarità è il potenziale d’azione, ed è diviso in due fasi:

-fase di depolarizzazione: quando la membrana dell’assone è stimolata, i canali del Na si aprono nel sito dello stimolo. Gli ioni Na passano rapidamente e questo passaggio inverte temporaneamente la polarità della membrana, generando il potenziale d’azione, dove la differenza di potenziale passa a +40mV.

-fase di ripolarizzazione: Quasi immediatamente si aprono i canali del K e gli ioni fuoriescono dall’assone. Il flusso verso l’esterno bilancia l’inversione di polarità e il potenziale elettrico si abbassa producendo una fase di post-iperpolarizzante in cui il voltaggio diventa circa di -80mV. Infine, i canali del potassio si chiudono e grazie alla pompa sodio-potassio il potenziale di riposo è rapidamente ripristinato.

La risposta di un neurone a uno stimolo segue il principio del “tutto o niente”: se lo stimolo è abbastanza forte, si genera un potenziale d’azione, altrimenti non viene prodotto. Più forte è lo stimolo, maggiore è il numero degli impulsi generati.

La velocità di propagazione del potenziale d’azione varia in base a diversi parametri:

-Dimensione dell’assone: più grande è il diametro dell’assone, maggiore è la velocità di propagazione;

-Presenza o meno della guaina mielinica: visto che la mielina isola la membrana assonica, in sua corrispondenza non avviene lo scambio ionico;

-Il freddo e la pressione sul nervo riducono la velocità di propagazione dell’impulso.

Sinapsi e trasmissione del segnale

I segnali sono trasmessi da un neurone all’altro attraverso giunzioni specializzate dette sinapsi, che possono essere: elettriche e chimiche.

La sinapsi elettrica è una giunzione comunicante attraverso cui il potenziale d’azione si trasmette senza interruzione. Nei mammiferi sono presenti solo nel cuore e nel tubo digerente.

La sinapsi chimica non mette in contatto diretto i due neuroni, ma sfrutta uno spazio sinaptico che separa la zona presinaptica che trasmette l’informazione dalla zona postsinaptica che la riceve.

Il segnale attraversa lo spazio sinaptico grazie a delle molecole segnale dette neurotrasmettitori che entrano in contatto con i recettori del secondo neurone. Una volto eseguito il proprio compito, i neurotrasmettitori devono essere rimossi per arrestarne gli effetti; questo procedimento è detto ricaptazione il quale li rimuove con enzimi o cellule gliali. Inoltre si può decifrare l’intensità dell’impulso tramite la quantità e il tipo di neurotrasmettitori e questo processo dà origine al potenziale graduato.

Oligondendorciti e le cellule di scwhann formano guaina mielinica che da una colorazione chiara.

Non sempre l’arrivo di un impulso alla terminazione assonica genera una depolarizzazione, infatti si possono avere sinapsi inibitorie e sinapsi eccitatorie.

Sinapsi inibitorie: il neurotrasmettitore tende ad aprire altri canali ionici, l’effetto consiste in una iperpolarizzazione.

Sinapsi eccitatorie: il neurotrasmettitore induce l’apertura dei canali del sodio, si ha una depolarizzazione della membrana postsinaptica.

Ogni singolo neurone può ricevere contemporaneamente migliaia di impulsi, inibitori ed eccitatori. Ogni impulso in entrata viene elaborato e integrato con gli altri per fornire una risposta univoca attraverso il fenomeno della sommazione.

Neurotrasmettitori e loro classificazione

I neurotrasmettitori possono essere suddivisi in quattro gruppi principali:

-gli amminoacidi, di cui fanno parte l’acido gamma-amminoburittico e l’acido glutammico. Il primo attenua la propagazione dell’impulso, il secondo la promuove.

-le ammine biogene, come la serotonina, le catecolamine (dopamina, adrenalina e noradrenalina) e l’acetilcolina. La serotonina regola le funzioni umane a livello periferico; la dopamina regola i comportamenti; la noradrenalina, regola i comportamenti di reazione a un’emergenza; l’acetilcolina è utilizzata dai motoneuroni.

-i neuropeptidi, sostanze che comprendo le encefaline, endorfine, la sostanza P e la neurotensina e sono coinvolte nel controllo di funzioni fisiologiche.

-i neurotrasmettitori gassosi, si diffondono a distanza e comprendono l’ossido nitrico (NO) e il monossido di carbonio (CO).

Sistema nervoso periferico e sue divisioni

Il sistema nervoso periferico è formato dalle vie sensoriali che ricevono le informazioni e dalle vie motorie che le trasmettono. Gli assoni sono raggruppati in fasci che prendono il nome di nervi. Esistono due tipi di nervi:

-nervi cranici, formati da fasci di nervi sensoriali e motori che mettono in relazione le regioni della testa e del collo con la porzione encefalica del sistema nervoso centrale, e ne sono 12 paia.

-nervi spinali, sono in connessione con il midollo spinale dalla regione del collo fino a quella sacrale, e ne sono 31 paia.

Il sistema nervoso motorio si divide in somatico e autonomo. Il sistema nervoso somatico svolge le funzioni che implicano un controllo volontario; il sistema nervoso autonomo svolge azioni legate alla vita vegetativa.

Il sistema nervoso autonomo si divide in simpatico e parasimpatico. Il sistema parasimpatico è coinvolto nelle attività di recupero del corpo ed è attivo, per esempio, dopo un pasto abbondante, e si trova a livello di cranio e osso sacro; il sistema simpatico, prepara il corpo all’azione, infatti la sua stimolazione è coinvolta nelle situazioni di emergenza, si localizza a livello toracico e lombare.