Struttura e funzioni del sistema nervoso: un viaggio nel cervello umano

Struttura del sistema nervoso

La componente fondamentale del sistema nervoso è il neurone, che è una cellula specializzata costituita dai dentriti che confluiscono nel corpo cellulare, e da un assone che termina con il bottone sinaptico.

Divisione del sistema nervoso

Il sistema nervoso è suddiviso dal punto di vista anatomico in due parti: il sistema nervoso centrale (snc) e il sistema periferico. I tessuti e gli organi del snc che sono protetti dalle ossa del cranio che costituiscono l'encefalo mentre il tessuto nervoso che si trova all'interno della colonna vertebrale forma il midollo spinale. L'encefalo comprende il cervello, il cervelletto e il midollo allungato.

Funzioni del sistema periferico

Il sistema nervoso periferico è costituito dai neuroni i cui assoni si estendono al di fuori del sistema nervoso centrale per giungere ai tessuti e agli organi. Questi assoni sono riuniti in fasci chiamati nervi, detti cranici se si connettono direttamente con l'encefalo e spinali se stabiliscono la connessione con il midollo spinale. I corpi cellullari di alcuni neuroni del snp sono raggruppati in gangli. Il snp è formato dalle vie sensoriali che ricevono informazioni dagli organi di senso e le trasmettono al snc e dalle vie motorie che trasmettono le informazioni agli organi effettori. Le fibre motorie e sensoriali dei nervi spinali sono riunite in un unico nervo ma sono separate nel momento in cui entrano o escono dal midollo spinale. In ogni sezione del midollo spinale giungono agli stimoli provenienti dai neuroni sensoriali che possono essere inviati al cervello o attraverso gli interneuroni direttamente ai neuroni motori dando luogo a una reazione immediata, detta arco riflesso. Esempi di terminazioni nervose sensoriali sono le cellule di Merkel, i corpuscoli di Pacini e i corpuscoli di Meissner situati nella pelle e aventi lo scopo di rivelare sensazioni tattili e di pressione.

A seconda delle aree che controlla, il sistema periferico si suddivide nel sistema somatico che stimola i muscoli scheletrici provocandone le reazioni volontarie e nel sistema autonomo che trasmette segnali ai muscoli lisci, al muscolo cardiaco e alle ghiandole regolando le funzioni vegetative involontarie.

Il sistema nervoso autonomo viene suddiviso a sua volta nei sistemi simpatico e parasimpatico che hanno funzioni antagoniste e agiscono in stretta cooperazione l’uno con l’altro e con gli ormoni per consentire una precisa regolazione dell’omeostasi. Per esempio il sistema simpatico accelera il battito cardiaco mentre il sistema parasimpatico lo rallenta.

Propagazione dell'impulso nervoso

Nel neurone l’impulso nervoso si propaga sempre in un’unica direzione, dal corpo cellulare all’assone. l’assone di ogni neurone è collegato al corpo cellulare di un altro neurone grazie a particolari giunzioni chiamate sinapsi. La trasmissione dell’impulso nervoso lungo il neurone avviene grazie al locale movimento di neuroni carichi elettricamente attraverso la membrana ai due lati della membrana, si osserva che in assenza di stimolo, la differenza di potenziale elettrico che si instaura è di -70mv, questo valore è chiamato potenziale di riposo. Al passaggio dell’impulso si registra una depolarizzazione della membrana. Il potenziale raggiunge un valore di +40mv detto potenziale d’azione; il tutto avviene nel giro di pochi millisecondi. Questi cambiamenti di potenziale sono generati dalla differenza di ioni ai due lati della membrana dell’assone. in condizioni di riposo la carica elettrica complessiva all’esterno della cellula è maggiore che all’interno. Il potenziale di riposo è mantenuto grazie alla presenza di tre tipi di proteine integrali di membrane: i canali che permettono la diffusione di sodio secondo gradiente, i canali che permettono la diffusione di potassio secondo gradiente e la pompa sodio potassio che ogni ciclo pompa all’interno 2 ioni potassio e all’esterno, 3 ioni sodio stabilendo un gradiente di carica positiva. In assenza di segnale il potenziale di membrana viene mantenuto al valore di riposo equivalente a -70mv. Quando la membrana dell’assone è stimolata interviene un altro tipo di proteina di membrana, il canale del sodio a controllo di potenziale. Questi canali si aprono provocando l’ingresso di ioni sodio nell’assone e l’inversione del potenziale di membrana. La depolarizzazione della membrana prosegue fino al raggiungimento del potenziale d’azione intorno a +40mv, a questo punto i canali del sodio a controllo di potenziale si chiudono e quasi immediatamente si aprono i canali del potassio a controllo di potenziale. La fuoriuscita di questo ione innesca la ripolarizzazione e il ripristino del potenziale di riposo di -70mv. Il potenziale d’azione si propaga velocemente lungo l’assone. nel momento di massima inversione di polarità della membrana, all’interno dell’assone alcuni ioni carichi positivamente passano all’area adiacente. Come risultato questa regione comincia a depolarizzarsi e al raggiungimento del valore di soglia di -50mv, si verifica l’apertura dei canali del sodio a controllo di potenziale che generano il potenziale d’azione. Nel frattempo il tutto precedente della membrana si è ripolarizzato e l’impulso non può tornare indietro perché durante la ripolarizzazione il potenziale raggiunge il valore di -80mv rendendo momentaneamente la membrana refrattaria alla generazione di nuovo potenziale d’azione. Poi, grazie all’azione della pompa sodio potassio, viene rigenerato il potenziale di riposo e la membrana è pronta per una nuova stimolazione. Così l’impulso giunge fino al tratto terminale dell’assone e viene trasmesso alla cellula successiva attraverso la sinapsi.

Sinapsi e neurotrasmettitori

Esistono 2 tipi di sinapsi: quelle elettriche presenti nei mammiferi solo nel cuore e nel canale digerente e quelle chimiche presenti in tutto il resto del corpo. Nella sinapsi elettrica, il segnale è trasmesso alla cellula post-sinaptica tramite delle giunzioni comunicanti come il potenziale d’azione e senza interruzioni.

Nella sinapsi chimica, invece, la trasmissione dell’impulso avviene tramite particolari molecole segnale: i neurotrasmettitori. Queste molecole sono sintetizzate nei neuroni e impacchettate all’interno di vescicole delle terminazioni assoniche. L’arrivo del potenziale d’azione provoca la liberazione dei neurotrasmettitori nello spazio intersinaptico. I neurotrasmettitori si combinano con i recettori posti nella cellula post sinaptica provocando la propagazione dello stimolo.

Tipi di neuroni e funzioni

Le cellule nervose sono detti neuroni. I primi istopatologi (fine del 1800) che coloravano il tessuto nervoso ebbero un citoplasma con le macchie.

Assone: finisce con fioccature che vanno ad intrecciare una cellula o un muscolo o una ghiandola. Produce contrazioni e placca motrice (se è un muscolo).

- neuroni a spalleria (di Parkinije): corteccia cerebellare;

- neuroni a T (bipolari) : gangli spinali;

- neuroni a stella: astrociti;

La nenoglia (glia) costituisce il 90% del cervello con funzione di nutrimento (riempimento), sostegno meccanico (10% neuroni).

- neuroni sensoriale: ricevono informazioni.

- neuroni motori: provocano lo stimolo per il movimento.

- neuroni di associazioni: connettono le diverse regioni del cervello.

- inter neuroni: si connettono a breve distanza.

Gli assoni si associano, i nervi sono i fasci di assoni del sistema nervoso centrale vanno nel cranio e nella rachide e poi nella colonna vertebrale.

- Tratti: fasci di assoni all’interno del sistema nervoso centrale snc;

-memoria a breve termine;

- memoria a lungo termine:

1. capire;

2. ricordare;

3. rileggere in brevi tempi numerose volte;

4. saper esporre;

Dal 27esimo anno di età il cervello deperisce.

Le fibre nervose sono molto piccole e sottili.

Storia della scoperta del sistema nervoso

Verso la fine del 1700 si era ricostruito il sistema nervoso ma non si era capito come funzionasse. Il primo fu Luigi Galvani, docente all’università di Bologna. Studiando le rane e spogliandole lungo la coscia. Nervo, muscolo, rana si contrae, filo di rame. Causata da corrente elettrica. Ritiene che ci sia elettricità animale e fisica. Nel 1823 in Germania, uno dei tanti chimici, sintetizza l’urea. Alessandro Volta costruisce la pila, corrente elettrica che resiste nel tempo, non c’è differenza tra elettricità animale ed inanimata. Animale decapitato ha muscolatura ancora contratta. La corrente elettrica si origina nel nervo stesso, la velocità di conduzione di questo impulso è di circa 30m/s. I neuroni più lunghi vanno dalla ragione schienale fino al piede.

Gli ioni si spostano lungo il nervo. gli ioni regolano e si spostano lungo il nervo.

Potenziale elettrico (di una membrana): l’insieme delle cariche dovute agli ioni. Il potenziale non è misurabile, è invece misurabile la differenza di potenziale fra interno ed esterno a cavallo di membrana.

Potenziale elettrico e conduzione

Il cilindrasse è carico positivamente all’esterno e negativamente all’interno. Avviene una depolarizzazione dove l’impulso è già passato. L’impulso nervoso è l’inversione di polarità.

Sodio più concentrato all’esterno per le proprietà delle proteine di membrana. Potassio più concentrato all’interno per le proprietà delle proteine di membrana.

Regola in modo attivo, pompa sodio, potassio.

L’impulso procede e induce la depolarizzazione del segmento anteriore. L’impulso è unidirezionale e la fibra si riposa per pochi secondi (3/10). C’è consumo di atp.

Stimoli e soglia di attivazione

L’impulso è una variazione di energia. stimolo: un agente fisico o chimico in grado di generare l’impulso. quid di natura fisica e chimica. Esempi di stimolo: calore (sensazione), tattili.

I sensi sono 22

- propiocezione: uno della sensibilità dei muscoli (es: quando dormi e ti svegli in altre posizioni)

- lungo la carotide abbiamo dei leggerei ingrossamenti (seni carodei) sensibili alla concentrazione di co2 nel sangue.

- recettori all’interno del cervello,regolano la fame e la sete

- senso di sazietà

- mantenere regolato il ph del sangue fra 7,3 e 7,4 (effetto tampone)

- premere l’occhio, preme nella retina, bastoncelli

Tutti comunque devono raggiungere la soglia dello stimolo: valore minimo di intensità dello stimolo. Capace di generare l’impulso.

Strategia degli animali: ematofagi

- quando dormi (es.: zanzara), si alza la soglia quindi senti di meno. Es: due che chiacchierano in classe. Es: tempesta d’amore.

Soglia dello stimolo, valore minimo dell’intensità in cui si scatena lo stimolo.

Se lo stimolo ha un intensità superiore di poco o di molto al valore di soglia, il potenziale d’azione viene generato con uguale intensità. Altrimenti, se lo stimolo non supera la soglia non si genera nessun potenziale d’azione.

Variabilità della soglia (in una stessa persona, in condizioni normali)

Es: assunzione di bevande alcoliche. L’etanolo è tossico per l’organismo.

Effetti dell'alcol sul sistema nervoso

Effetti: sui motoneuroni frontali adiacenti alla scissura del rolando per l’alcool: barcollamento.

L’alcool ha effetto inibitorio della corteccia prefrontale la quale inibisce il comportamento. Liberalizzazione degli atteggiamenti. Avances. Inibisce il talamo, interferisce i centri di regolazione sonno/veglia. L’alcol nell’ ipotalamo genera un’ insufficienza erettile.

Sostanze eccitatorie e ritmi circadiani

Sostanze nervine (sostanze eccittatorie del sistema nervoso): caffeina, teina, teobromina (teobroma, cacao, theobroma) hanno effetto diverso a seconda del momento dell’assunzione. Con il buio aumenta la melatonina, interviene il sonno. Tra le 14 e le 17 ritorna.Ritorno circadiano.

Formazione e struttura del sistema nervoso

Massa nervosa nella scatola cranica e encefalo suddiviso in cervello e cervelletto. il sistema nervoso è uno dei primi che si forma nell’embrione e deriva dal foglietto esterno. Si misura durante la seconda - terza settimana. La doccia si chiude, si salda e si suddivide in segmenti. La porzione endocrina è il sistema nervoso di posizione.

Sistema nervoso: ha la funzione di comunicazione grazie a impulsi elettrici neurotrasmettitori e coordina le funzioni di tutti gli altri sistemi.

Conduzione nervosa e potenziale d'azione

La conduzione nervosa è associata a fenomeni elettrici. La differenza di corrente elettrica è uguale al potenziale elettrico. L’energia potenziale è trasformata in energia elettrica. In seguito fu possibile misurare la differenza del potenziale elettrico -70mv, è una forma di energia potenziale. I microelettrodi sono connessi con un voltometro: oscilloscopio. Quando tutti e due gli elettrodi sono all’esterno del neurone, non c’è differenza di potenziale, se uno viene messo all’interno del neurone c’è una differenza di potenziale. Potenziale d’azione: esso procede lungo le membrane dell’assone è l’impulso nervoso. La risposta di un neurone a uno stimolo segue la legge del tutto o niente. Più forte sarà la stimolo e maggiore sarà il numero di impulsi. Il potenziale d’azione si auto propaga perché nel momento di massima inversione di polarità, gli ioni positivi passando da questa regione all’area adiacente. L’area adiacente diventa depolarizzata da -70mv a -50. L’impulso nervoso si muove in un’unica direzione perché l’assone ha un breve periodo refrattario.

Se l’intensità dello stimolo supera il valore di soglia si genera un impulso elettrico.

periodo durante la quale la fibra nervosa risponde allo stimolo perché quest’ultimo abbia intensità maggiore dello stimolo precedente.

Soglia: valore minimo al di sopra del quale abbiamo un impulso nervoso.

1. aminoacidi (cervello): gaba ,acido glutamminico: neurotrasmettitore eccitatorio

2. ammine biogene: adrenalina, acetilglina

dopamina: sfuggire ai pericoli, regola i comportamenti

noradrenalina: regola i comportamenti nella risposta allo stress.

3.neuropeptidi: gassosi (ossido nitrico)

Recettori sensoriali e loro funzioni

Recettori sensoriali

Le informazioni vengono trasmesse a parti differenti del cervello. I differenti tipi di recettori sensoriali sono specializzati nel rispondere a diversi tipi di stimolo.

Meccanorecettori: tatto

Chemiorecettori: gusto, olfatto

Fotorecettori: vista

- cervello, cervelletto, midollo spinale

Midollo spinale: collegamento tra l’encefalo e resto del corpo. E’ formato da materia bianca all’esterno (assoni) dei neuroni sensoriali e motori e da materia grigia costituito da neuroni motori, interneuroni e cellule gliali.

-midollo allungato, ponte, ipotalamo, talamo, formice, corpo calloso e corteccia celebrale.

I lobi prefrontali servono per l’inibizione dei comportamenti.

Mesencefalo: importante per vista e udito per localizzare i suoni.

Romboencefalo

Struttura del cervello e funzioni

Cervello: materia grigia e bianca: parte più esterna degli emisferi. Ognuno dei due emisferi è diviso in 4 lobi:

- area lobo frontale: corteccia motoria

- area lobo parietale: corteccia sensoriale

- area lobo temporale: corteccia volitiva

- area lobo occipitale: corteccia visiva

Refrattarietà relativa: periodo durante la quale la fibra nervosa non risponde allo stimolo perché questo abbia intensità maggiore dello stimolo precedente.

Refrattarietà assoluta: periodo nella quale la fibra nervosa non risponde allo stimolo per quanto esso sia intenso.

Neuroni a specchio: hanno la capacità di capire gli altri riguardo la loro emotività.

Area di brocka (a sinistra): si trova davanti alla regione della corteccia motoria e controlla i movimenti dei muscoli delle labbra e della lingua.

Area di Werniche

Un danno provoca un linguaggio fluente ma privo di senso. area di rielaborazione del linguaggio.