Il complesso sistema nervoso: struttura, funzioni ed evoluzione

E’ il principale sistema di regolazione di controllo delle nostre funzioni vitali anche se con modalità differenti. Il sistema nervoso utilizza degli impulsi nervosi, dunque agisce in modo più rapido rispetto a quello endocrino.

Funzionamento del sistema nervoso

I ricettori stimolati lo convertono in un impulso nervoso che viaggia attraverso delle fibre sensoriali e portano l’informazione al SNC, che le elabora, da una risposta che sottoforma di impulso, percorrendo le fibre e raggiunge gli EFFETTORI.
Nei poriferi non esiste il SN,e nemmeno cellule nervose. Il SN compare nei CNIDARI (meduse, coralli) dove compare una rete nervosa diffusa ramificata in tutto il corpo che se stimolate fanno contrarre l’ animale.

Cefalizzazione e centralizzazione

Con la comparsa della simmetria bilaterale il SN si specializza: si assiste ad una CEFALIZZAZIONE ed a una CENTRALIZZAZIONE del sistema.

• CEFALIZZAZIONE: tendenza progressiva a concentrare una buona parte del SN nella zona cefalica.

• CENTRALIZZAZIONE: suddivisione tra SNC e SNP. Questa suddivisione diventa marcata nei vertebrati.

Struttura del sistema nervoso

Il primo è costituito dall’encefalo e dal midollo spinale che è il centro di controllo; il secondo è l’insieme dei nervi sia sensoriali sia motori, e dai GANGLI (ammassi di corpi cellulari nevosi).

Negli anni il SNC è quello che si è sviluppato maggiormente.

* TESSUTO CONNETTIVO

PROPAGAZIONE DEL SEGNALE NERVOSO

Propagazione del segnale nervoso

Il segnale nervoso viaggia all’interno del neurone sottoforma di impulso nervoso, ma tra un neurone ed un altro si propaga utilizzando dei NEUROTRASMETTITORI. Ciò perché i vari neuroni formano una rete continua, ma non completa.

IMPULSO NERVOSO
In corrispondenza di tutte le membrane dei neuroni esiste normalmente una differenza di potenziale, per cui i neuroni hanno una carica elettrica negativa al loro interno, ed una esterna positiva:questa è la situazione definita come POTENZIALE DI RIPOSO.

Esso è determinato da una diversa concentrazione di iodi nei fluidi che sono all’interno e all’esterno dei neuroni. All’interno si concentrano IONI-POTASSIO (k), mentre all’esterno sono presenti IONI-SODIO (na). Quest’ultimi diffondono con difficoltà attraverso la membrana, quelli potassio più facilmente e si muovono continuamente.

Ogni volta che esce lascia una carica negativa. Quando il neurone è stimolato questa situazione si altera, la membrana si depolarizza e si invertono le cariche elettriche. Si crea un POTENZIALE D’AZIONE che costituisce l’impulso.

Nell’ istante successivo si ritorna al POTENZIALE DI RITORNO. Per qualche frazione di secondo la situazione risulta refrattaria. Questo ha lo scopo di impedire che l’impulso torni indietro.

Lo stimolo genera il potenziale d’azione solo se raggiunge un preciso valore di intensità. Il potenziale d’azione resta uguale per intensità, cambia solo dal punto di vista elettrico la frequenza.

Sinapsi e neurotrasmettitori

Quando il segnale elettrico raggiunge l’estremità dell’assone, il potenziale s’interrompe. Questo perché i neuroni si sfiorano ma non si toccano. Il segnale nervoso è convertito in un segnale chimico che utilizza delle molecole chiamate neurotrasmettitori.

Il potenziale d’azione quando raggiunge la sinapsi spinge le vescicole che contengono neurotrasmettitori verso la membrana plasmatica e a fondersi con essa. Le vescicole si aprono e per esocitosi liberano i neurotrasmettitori.

Questi ultimi si diffondono nella FESSURA SINAPTICA (tra un neurone e l’altro)raggiungono il neurone successivo. Si legano a dei recettori specifici posti sulla FIBRA POST SINAPTICA. Il legame che si forma tra il neurotrasmettitore ed il ricettore costituisce un nuovo stimolo che rigenera in quel neurone un potenziale d’azione identico a quello che si è interrotto prima della sinapsi.

Quando il neurotrasmettitore è legato al ricettore, questo viene rimosso da degli enzimi o riassorbito dalla fibra post sinaptica. Ogni fibra post sinaptica è in grado di ricevere migliaia di info contemporaneamente, che sono elaborate dalla fibra la quale elabora, le integra e crea un'unica informazione come risultato di tutte le altre.

Categorie di neurotrasmettitori

I neurotrasmettitori si possono suddividere in due grosse categorie:

-ECCITATORI, favoriscono l’innescarsi del potenziale d’azione

-INIBITORI, inibiscono o annullano il potenziale d’azione.

Esistono però alcune molecole che possono comportarsi in uno o l’altro modo, a seconda dell’area in cui deve agire:

• ACETILCOLINA, eccitatore sui muscoli scheletrici, inibitore sul cuore;

• AMMINE BIOGENE, neurotrasmettitori/ormoni (appartengono l’adrenalina, la noradrenalina,la serotonina e la dopamina). Questi ultimi due influiscono su aspetti come il sonno, il grado di attenzione, etc.. Degli squilibri di questi ormoni possono provocare patologie come il morbo di Parkinson, ad esempio.

• ASPARTATO e il GLUTAMMATO sono due eccitatori e influiscono nel SNC

• GLICINA e il GABA sono due inibitori, antagonisti dei precedenti

• ENDORFINA, riduce il dolore

• OPPIACEI, SOSTANZE PSICOATTIVE, agiscono al livello delle sinapsi, e si legano ai recettori. Tali sostanze si dividono in STIMOLANTI e SEDATIVE ad esempio tra i primi (caffeina, che stimola i ricettori dell’adrenalina o nicotina che attiva i ricettori dell’acetilcolina, anfetamine, cocaine) tra i sedativi (l’alcol, i tranquillanti, gli oppiacei, codeina, morfina) usati anche in medicina, possono far produrre più o meno neurotrasmettitori.

Sistema nervoso centrale e periferico

Il SNC è quello formato dall’ encefalo, il SNP è formato dai nervi e dai gangli:

-I NERVI sono fasci di fibre nervosi sia sensoriali che motorie;

-I GANGLI sono masse costituite dall’aggregazione dei corpi cellulari dei vari neuroni.

Nell’uomo ci sono 43 paia di nervi. Di questi 12 paia sono neuroni. Gli altri sono nervi spinali, che hanno origine nel midollo spinale e raggiungono tutto il corpo.

La maggior parte dei nervi sono misti: contengono al oro interno sia fibre sensoriali che motorie.

Il SNP è suddiviso in due componenti (anatomica e strutturale): sistema periferico somatico e sistema autonomo.

• Il sistema somatico risponde a degli stimoli esterni e controlla i muscoli scheletrici. Si definisce “volontario” impropriamente. Dal punto di vista strutturale è costituito da un solo neurone che parte dal SNC e raggiunge l’organo effettore.

Sistema nervoso autonomo

Il sistema autonomo risponde a degli stimoli interni e controlla questi ultimi. E’ definito “involontario”. Dal punto di vista strutturale utilizza una prima fibra pre-gangliare che parte dal SNC e raggiunge un ganglio,dal quale parte la fibra post-gangliare, che raggiunge gli organi effettori. I centri direzionali del sistema nervoso autonomo sono collocati nell’encefalo, ma le fibre fuoriescono nel midollo spinale.

Sistema simpatico e parasimpatico

Il sistema autonomo è suddiviso in tre componenti:

• SIMPATICO:risponde all’imperativo combatti e fuggi, è in grado di innalzare il grado di attenzione;le fibre fuoriescono dalla zona centrale del midollo spinale (TORACICO-LOMBARE). Le vie di conduzione sono la fibra pregangliare che esce dal midollo spinale e raggiunge il ganglio. I gangli simpatici formano una catena gangliare fiancheggiante il midollo spinale. Da ogni ganglio parte una fibra post gangliare che raggiunge l’organo efferente. Le due fibre hanno la stessa lunghezza. I neuro trasmettitori sono per la fibra pregangliare l’acetilcolina, per la fibra postgangliare l’adrenalina o la noradrenalina.

• PARASIMPATICO:ha lo scopo di far rilassare l’organismo e di permettergli di recuperare le energie. Esso stimola gli organi dell’apparato digerente e riduce l’apparato cardiaco. Le vie di conduzione pre gangliari fuoriescono dal midollo spinale dalla zona craniale e sacrale. Sono fibre molto lunghe che raggiungono i gangli, posti molto vicini o all’interno degli organi effettori. La fibra post gangliare è cortissima. I due neurotrasmettitori sono delle stesse sostanze di quelli del sistema simpatico.

• ENTERICO: è costituito da reti nervose presenti nel tubo digerente, nel pancreas e nella cistifellea.

IL SNC

L’encefalo è il principale centro di controllo del SN e contiene i centri sensoriali( motori, omeostatici, funzioni intellettive). Il midollo spinale trasmette le info dell’encefalo al corpo e viceversa.

Protezione del sistema nervoso centrale

L’encefalo e midollo spinale hanno in comune diversi sistemi di protezione:

• SCHELETRICA: scatola cranica, colonna vertebrale

• MEMBRANE E MENINGI: duramadre, aracnoide, piamadre; tra la seconda e la terza si raccoglie il LIQUIDO CELEBROSPINALE, prodotto dall’encefalo per filtrazione sanguigna. Da una parte protegge il SNC dagli urti, nutre le cellule celebrali e rimuove i prodotti di rifiuto.

L’encefalo ed il midollo spinale sono formati dagli stessi tessuti: sostanza grigia e sostanza bianca. La prima è costituita dai corpi cellulari, dai neuroni e dai dendriti. E’ la parte che riceve info le elabora e produce risposte. La seconda è formata da assoni. Fa da tramite.

Struttura del midollo spinale

Il midollo spinale è un cilindro lungo 45 cm con il diametro simile a quello di un mignolo ed è protetto dalla colonna dalla zona cervicale fino a quella lombare, dove termina con un fascio di nervi.

Trasversalmente è provvisto di un foro centrale (CANALE EPENDIMALE)in cui circola il liquido celebro-spinale, attorno al quale c’è una zona a forma di farfalla (sostanza grigia), dove si individuano due coppie di corna: dalla coppia anteriore fuoriescono fibre motorie, da quella posteriore invece fuoriescono quelle sensoriali. All’esterno i nervi si riuniscono e formano i nervi misti

FUNZIONE DEL MIDOLLO SPINALE

Funzione del midollo spinale

-Il midollo spinale provvede all’innervazione del tronco encefalico e degli arti attraverso i NERVI SPINALI.

-E’ attraversato dalle info sensoriali che sono dirette verso l’encefalo e contemporaneamente dalle info motorie.
-Controlla il COMPORTAMENTO RIFLESSO. I riflessi sono risposte automatiche, non ragionate, ad un determinato stimolo. Si sono sviluppati per adattarsi rapidamente ai cambiamenti ambientali (meccanismi di difesa). Si suddividono in:

• RIFLESSI SEMPLICI: si basano su due neuroni, uno sensoriale e uno motorio, che porta le risposte.

Si parla di ARCO RIFLESSO: il riflesso è semplice (catena bineurale). I riflessi semplici sono molto pochi nell’uomo. Le risposte sono sempre uguali ed è molto usato per la diagnostica in neurologia.

• RIFLESSI COMPLESSI: sono arricchiti da degli INTERNEURONI collocati nel midollo spinale tra i due neuroni di base. Il neurone degli interneuroni aumentano la complessità del riflesso.

Nei riflessi complessi mentre è in atto la risposta, partono dei neuroni di associazione che raggiungono la corteccia in modo da prendere coscienza. A questo punto la coscienza può inviare delle risposte per modificare o annullare il riflesso. Essa è definita RISPOSTA SECONDARIA.

• RIFLESSI INNATI: sono determinati dal patrimonio genetico. Sono la capacità innata di rispondere ad alcuni bisogni e stimoli. Sono il risultato di un processo evolutivo.

• RIFLESSI ACQUISITI: sono quelli appresi per imitazione, esperienza, imitazione, dopo la nascita.

• RIFLESSI CONDIZIONATI: sono risposte ad uno stimolo che è in condizioni normali non produrrebbe questa risposta e sono modificabili.

L’ENCEFALO

Struttura dell'encefalo

Appartiene all’encefalo tutto ciò che è contenuto nella scatola cranica. Si sviluppa nell’ embrione all’estremità anteriore del tubo neurale. Il rigonfiamento nella sua parte finale si divide in:

PROSENCEFALO, MESENCEFALO, ROMBENCEFALO.

Queste tre parti progressivamente nell’ evoluzione dei vertebrati si sviluppano e si differenziano assumendo modi diversi.

-Il PROSENCEFALO è costituito dal TELENCEFALO, TALAMO e IPOTALAMO.

- Il MESENCEFALO

-Il ROMBENCEFALO è costituito dal ponte, midollo allungato e dal cervelletto.

Funzioni del tronco encefalico

Il TRONCO ENCEFALICO (centro inferiore dell’encefalo) è formato dal MESENCEFALO, MIDOLLO ALLUNGATO e dal PONTE.

Quest’ ultimo è la parte più antica dell’ encefalo dei vertebrati. Ha il compito di ricevere le info sensoriali del corpo e di trasmetterle ai centri superiori, al tempo stesso di ricevere le info motorie.

Inoltre controlla il SONNO e la VEGLIA, si occupa della COORDINAZIONE dei movimenti del corpo.

Il midollo allungato, che è quella massa dell’encefalo che si collega con il midollo spinale, svolge la maggior parte dei compiti.

Esso è costituito da una sostanza bianca che prevale su quella grigia. All’interno della sostanza sono collocati diversi nuclei isolati. La sostanza bianca è costituita da fibre ascendenti (sensoriali) e discendenti (motorie). Queste fibre in corrispondenza del midollo allungato si incrociano. Quelle che vengono dalla parte destra giungono all’emisfero sinistro e viceversa.

Nella sostanza bianca ci sono i nuclei che controllano delle attività involontarie per la sopravvivenza dell’individuo. Uno di questi è il centro di controllo della respirazione e del battito cardiaco, per la circolazione sanguigna, tosse, vomito, deglutizione. Ci sono alcuni nuclei che si occupano del sonno,(uno all’interno del ponte ed uno nel midollo allungato): sono sensibili ad un neurotrasmettitore ( SEROTONINA). Esiste un altro nucleo nel mesencefalo che induce la veglia. Dal midollo allungato partono dei neuroni che lo collegano alle altre fasi del tronco encefalico creando la FORMAZIONE RETICOLARE ATTIVATRICE: è molto importante come sistema di filtrazione delle informazioni e le suddivide, sistemandole nelle varie aree del cervello. E’ considerato un sistema di protezione.

Funzioni del cervelletto

Nel rombencefalo c’è il CERVELLETTO: massa di sostanza grigia che si trova nella nuca dietro il midollo allungato. E’ formato da due emisferi CEREBELLARI che sono rivestiti da sostanza grigia, tutta ripiegata, che forma la CORTECCIA CEREBELLARE. All’interno contiene la sostanza bianca.

Il cervelletto possiede un funzione di controllo dell’attività muscolare volontaria e la loro accuratezza; regola l’equilibrio del corpo(riceve info dalla vista e dall’ orecchio interno)

PROSENCEFALO

Funzioni del diencefalo

Il DIENCEFALO è costituito da due masse di sostanza grigia. Il talamo è una zona di sosta e di smistamento degli impulsi sensoriali che giungono dagli organi di senso. Il talamo è anche il centro nervoso in grado di percepire il dolore (ci sono molti recettori delle endorfine).

L’IPOTALAMO è una massa di sostanza grigia, posta sotto il talamo. Svolge funzioni omeostatiche per l’organismo(regola senso di fame, sete); controlla la temperatura corporea. E’ un centro di coordinamento del sistema nervoso ed endocrino.

Sistema limbico e memoria

L’ipotalamo fa parte di una rete di neuroni che collegano questo, il talamo e la corteccia, costituendo una rete di neuroni (SISTEMA LIMBICO) che formano due semi-anelli incorporati che comprendono delle zone del lobo frontale e del lobo temporale. Questo sistema è coinvolto dalle emozioni primarie (riso, pianto); sono coinvolte anche nell’ apprendimento e nella memoria (in particolare a quest’ultima si affiancano altre due aree della corteccia:

-IPPOCAMPO: è specializzato nel recupero di ciò che si è memorizzato = rievocazione

-AMIGDALA: fissa i ricordi che hanno valenza emotiva.)

LA memoria si suddivide in memoria a breve termine a lungo termine (si basa sulla ripetizione, si rafforzano le sinapsi, associazione).

TELENCEFALO

Struttura del telencefalo

E’ la parte più voluminosa e complessa del cervello. Esso è costituito da due emisferi cerebrali: destro e sinistro, separati dalla SCISSURA INTEREMISFERICA. Nonostante siano separati comunicano alla base con il CORPO CALLOSO, che è una spessa fascia di fibre nevose. In realtà la maggior parte dell’interazione avviene attraverso il TALAMO. I due emisferi sono costituiti da una massa di sostanza bianca rivestita da una sottile strato di sostanza grigia che è la CORTECCIA CEREBRALE. All’interno della sostanza bianca vi sono i NUCLEI BASALI che servono per la coordinazione motoria.

L’alterazione di questi nuclei porta alla paralisi.

Funzioni della corteccia cerebrale

La corteccia cerebrale nell’uomo rappresenta l’80 % della massa dell’encefalo. Alla corteccia sono attribuite le capacità umane (logiche, matematiche, linguistiche).

La corteccia è divisa in due metà e ognuna di queste è ulteriormente divisa in quattro lobi:

-Lobo FRONTALE

-Lobo PARIETALE

-Lobo TEMPORALE

-Lobo OCCIPITALE

Entrambi gli emisferi rappresentano la stessa suddivisione. In ogni lobo ci sono aree funzionali o di associazione: le prime sono più ridotte e si occupano di alcune funzioni specifiche; le altre permettono alle prime di coordinarsi tra loro e di rielaborare le informazioni.

Tra le aree funzionali ce ne sono due particolarmente importanti. Stanno al confine tra il lobo frontale e quello parietale e sono: l’area motoria ( quella da cui partono gli impulsi per gli impulsi scheletrici) , l’ area somato - sensoriale, a cui arrivano le info dai ricettori del tatto, dolore, temperatura, pressione). Ci sono diverse aree sensoriali.

Nell’emisfero sinistro ci sono due aree che controllano il linguaggio: una è collocata nel lobo frontale (area di BROKA) e nel lobo parietale (area WERNICKE).

La prima si occupa dell’aspetto motorio del linguaggio (se compromessa porta ad un’afasia motoria).

L’altra controlla le sinapsi (porta ad un’afasia sensoriale).

Specializzazione degli emisferi

Durante lo sviluppo dell’encefalo si verifica una progressiva specializzazione dei due emisferi al livello funzionale. In genere l’emisfero sinistro domina l’altro ed è più specializzato (LATERALIZZAZIONE). Normalmente l’emisfero sinistro è responsabile del linguaggio e delle capacità matematiche. Quello destro è coinvolto nel riconoscimento delle facce, nelle relazioni spaziali, talento musicale …