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

Il sistema nervoso costituisce una rete di comunicazione presente in tutto il corpo.

Divisione e funzioni del sistema nervoso

Il sistema nervoso si divide in due parti:

- Sistema nervoso centrale(SNC) =

costituito dall’encefalo e dal midollo spinale.

- Sistema nervoso periferico (SNP) =

Formato dai nervi.

Nervo = fascio di fibre nervose avvolte in tessuto connettivo, è la linea di comunicazione.

Il sistema nervoso svolge tre funzioni interconnesse:

- la ricezione dell’input sensoriale; ovvero l’invio di segnali provenienti dai recettori sensoriali al SNC;queste informazioni vengono trasmesse attraverso i neuroni sensoriali.

- l’integrazione; l’interpretazione dei segnali sensoriali e nell’elaborazione di riposte; ciò svolto dagli interneuroni localizzati nell’SNC.

- emissione dell’ output motorio;la trasmissione dei segnali dai centri di integrazione alle cellule effettrici ( quelle che mettono in atto le funzioni del corpo);questa trasmissione è compiuta dai motoneuroni.

Struttura e funzione dei neuroni

Il motoneurone è costituito da un grande corpo cellulare, che ospita il nucleo e gli altri organuli, da qui emergono due tipi di estroflessioni; numerosi dendriti( corti e molto ramificati, ricevono i messaggi da altri neuroni e li trasmettono al corpo cellulare) e un assone ( lungo prolungamento che trasmette il segnale a un altro neurone o ad un cellula effettrice).

Ruolo delle cellule gliali

Nel sistema nervoso ci sono le cellule gliali che proteggono, isolano e rinforzano i neuroni, in molti vertebrati, gli assoni, sono avvolti da una membrana isolate ovvero la guaina mielinica ( catena di cellule gliali simili, di natura lipidica).

La presenza di questa guaina accelera la trasmissione elettrica sull’ assone.

Ogni neurone riceve informazioni da uno o più cellule e, come risposta, può generale un segnale nervoso che trasmetterà attraverso il suo assone.

Anche in assenza di un segnale nervoso, l’assone è un sito che brulica di attività, con molti ioni che ne attraversano la membrana (plasmatica).

Potenziale di membrana e riposo

Gran parte di questo movimento di ioni si deve alla pompa sodio potassio che, utilizzando l’energia dell’ATP, trasporta attivamente ioni sodio fuori dalla cellula e ioni potassio verso il suo interno, creano una differenza di carica tra il versante interno e quello esterno della membrana del neurone.

Potenziale d'azione e propagazione

Questa differenza di carica rappresenta una forma di energia potenziale, ed è chiamata potenziale di membrana.

Alcuni canali del potassio sono sempre aperti, e permettono agli ioni potassio di uscire dalla cellula.

In seguito a questi spostamenti di ioni, l’interno della cellula risulta carico negativamente, rispetto all’esterno.

Questa condizione è chiamata potenziale di riposo.

Nella membrana di un assone sono presenti anche molti canali ionici voltaggio dipendenti, che si aprono e chiudono in base al potenziale di membrana.

In condizioni di riposo, i canali sono chiusi, ma se uno stimolo modifica in modo sufficiente la differenza di carica fra i due lati della membrana, i canali del sodio si aprono.

L’ingresso degli ioni sodio fa raggiungere all’interno della membrana una carica positiva verso l’esterno.

Questo capovolgimento fa chiudere i canali del sodio ed aprire quelli del potassio la fuoriuscita degli ioni potassio dalla cellula riporta l’interno ad avere una carica negativa rispetto all’esterno: in questa condizione i canali del potassio si richiudono.

In seguito, la pompa sodio potassio ripristina la distribuzione degli ioni ai livelli precedenti, riportando la membrana al potenziale di riposo.

Quando i primi canali del sodio si aprono, la variazione del potenziale di membrana da essi determinata raggiunge i canali del sodio adiacenti facendoli aprire.

Nel frattempo i canali del sodio si chiudono e quelli del potassio adiacenti si aprono. Ciò fa si che il potenziale di membrana della regione da cui è partito il segnale torni a livello di partenza e che anche i canali del potassio si chiudano.

Allo stesso tempo, si assiste all’apertura di altri canali del sodio ancora più lontani, seguita dall’apertura di nuovi canali del potassio adiacenti e della chiusura dei canali del sodio.

In questo modo, il potenziale di azione si propaga lungo l’assone del neurone fino a raggiungere un'altra cellula.

Le cellule eccitabili trasmettono segnali sotto forma d’impulsi elettrici.

Nei neuroni uno squilibrio tra la quantità di diversi ioni all’interno e all’esterno della cellula determina uno sbilanciamento di cariche elettriche attraverso la membrana plasmatica, cioè un potenziale di membrana.

Gli ioni coinvolti nella trasmissione dei messaggi nervosi sono lo ione sodio (Na+) e lo ione potassio (K+); sono le differenze di concentrazione di questi e altri ioni a determinare il potenziale di riposo negativo dei neuroni.

Ora, ci possono essere quindi dei cambiamenti nella concentrazione di Na+ e K+ nella membrana:

- Iperopolarizzazione; ovvero un aumento nello sbilanciamento delle cariche

- Depolarizzazione; la riduzione nello sbilanciamento delle cariche.

In risposta ad uno stimolo un neurone può depolarizzarsi in modo sufficiente da raggiungere un valore chiamato potenziale soglia, determinando cosi un’improvvisa e incontrollata depolarizzazione chiamata potenziale d’azione.

Il potenziale d’azione ha origine da un improvviso rapido flusso di ioni Na+ nella cellula.

In risposta alla depolarizzazione, si verifica un rapido flusso di ioni K verso l’esterno della cellula, che la riposta al suo potenziale di riposo.

La differenza di concentrazione originaria tra ioni Na+ e ioni k+ all’interno e all’esterno della cellula viene ripristinata dall’azione della pompa sodio potassio.

I canali Na+ e K+ sono canali voltaggio-dipendenti che si aprano in risposta a variazioni del potenziale di membrana (la differenza di carica attraverso la membrana).

Quando uno stimolo innesca una depolarizzazione sufficiente a raggiungere il potenziale soglia, i canali del sodio si aprano, permettendo un rapido ingresso degli ioni sodio.

Quando il potenziale d’azione raggiunge il valore massimo, i canali del potassio voltaggio-dipendenti si aprono; contemporaneamente si chiudono i canali del sodio.

Gli ioni K+ escono dall’assone secondo il gradiente di concentrazione ripolarizzando la cellula.

La propagazione del potenziale d’azione è a senso unico, perche dopo la reazione vi è un breve periodo refrattario durante il quale i canali ionici non reagiscono alla depolarizzazione, quindi questa si propaga soltanto in avanti.

La differenza di concentrazione tra Na+ e K+ all’interno e all’esterno della cellula viene ripristinata dall’azione della pompa sodio potassio.

Ogni tre ioni Na+ che vengono pompati verso l’esterno, questa proteina pompa due ioni K+ all’interno della cellula; la pompa consuma energia per spostare gli ioni contro il loro gradiente di concentrazione.

Sinapsi e neurotrasmettitori

Il cervello non smette mai di elaborare informazioni.

Per farlo ha bisogno di miliardi di neuroni comunicanti.

I segnali di comunicazione passano da un neurone trasmittente a un ricevente in corrispondenza di una giunzione chiamata sinapsi.

Un potenziale di azione generato dal neurone trasmittente si sposta lungo l’assone fino a raggiungere una terminazione sinaptica.

Esistono due tipi di sinapsi: elettrica (segnale ceh passa da un neurone all’altro) e chimica.

Il piccolo spazio presente tra la terminazione sinaptica e il neurone ricevente si chiama fessura sinaptica.

La terminazione sinaptica di un neurone trasmittente contiene numerose vescicole piene di neurotrasmettitori, sostanze chimiche che trasportano le informazioni da una parte all’altra della fessura sinaptica.

Quando un potenziale d’azione raggiunge la terminazione sinaptica le vescicole, si fondono con la membrana plasmatica liberando i neurotrasmettitori nella fessura sinaptica.

I neurotrasmettitori agiscono sul neurone ricevente modificando la distribuzione delle cariche ai due lati della sua membrana plasmatica.

Tipi di neurotrasmettitori e malattie

Diverse molecole possono agire come neurotrasmettitori, come le ammine e i peptidi.

- ammine; sono neurotrasmettitori derivanti dagli amminoacidi(1 gruppo carbossilico e 2 amminico).

Esempi di questi sono la serotonina e la dopamina ( che influenzano il sonno,l’umore, l’umore,l’attenzione e l’apprendimento) oppure l’adrenalina (ormone) o la noradrenalina.

Ci sono anche malattie legate allo squiibrio delle ammine:

- depressione: livelli ridotti di noradrenalina e serotonina;

- morbo di Parkinson: associata alla carenza di dopamina

nel cervello;

- schizofrenia: eccesso di dopamina;

- peptidi;brevi catene di amminoacidi.

Un esempio sono l’ endorfine che abbassano la percezione del dolore durante periodi di stress fisico ed emotivo.

Sistema nervoso centrale e funzioni

Il sistema nervoso centrale integra le informazioni che provengono dai sensi e inoltra i segnali che producono le risposte.

Nei vertebrati l’ SNC è costituito dall’encefalo e dal midollo spinale.

Midollo = fascio di fibre nervose che corre all’interno della colonna vertebrale;

è il canale di comunicazione tra l’encefalo e il resto del corpo.

Ci sono due tipi di fibre al interno del midollo spinale:

- quelle che trasportano le informazioni motorie dall’encefalo ai muscoli

- e altre che trasmettono le informazioni sensoriali provenienti dalla periferia del corpo all’encefalo.

Il midollo è protetto dalla colonna vertebrale.

Encefalo = è il principale organo di controllo nel SNC.

Comprende:

-centri omeostatici che garantiscono il funzionamento regolare dell’organismo.

-centri sensoriali che integrano i dati provenienti dagli organi di senso

-centri per le emozioni e la funzione dell’intelletto.

Altra funzione legata all’encefalo è quella di impartire i comandi motori ai muscoli.

Struttura e funzioni dell'encefalo

L’encefalo è diviso in tre regioni:

- rombencefalo

- mesencefalo

- prosencefalo

* rombencefalo e prosencefalo sono ulteriormente divisi in due regioni con ruoli specifici .

Due sezioni del rombencefalo ( il midollo allungato e il ponte ) insieme al mesencefalo costituiscono il tronco encefalico.

Il tronco encefalico funziona come filtro sensoriale selezionando quali informazioni possono passare.

Inoltre il tronco encefalico regola il sonno e la veglia ed aiuta a coordinare i movimenti del corpo.

Il cervelletto è una delle parti del rombencefalo.

È il centro di pianificazione dei movimenti del corpo;

riceve informazioni sensoriali sulla posizione delle articolazioni e sulla lunghezza dei muscoli, e le informazioni del sistema visivo e uditivo.

Riceve input dalle vie motorie, e le utilizza per coordinare il movimento e l’equilibrio.

All’interno del prosencefalo sono contenuti, i centri di integrazioni più sofisticati:

- il talamo

- l’ipotalamo

- telencefalo

Il talamo contiene la maggior parte dei corpi cellulari dei neuroni che trasmettono le informazioni alla corteccia celebrale, ( la parte più estesa del telencefalo).

I dati vengono classificati in categorie;

alcuni segnali vengono soppressi mentre altri amplificati; questi segnali vengono inviati ai centri encefalici più appropriati per un ulteriore interpretazione ed integrazione.

L’ipotalamo controlla l’ipofisi e la secrezione di molti ormoni, regola la temperatura corporea, la pressione sanguigna, la fame ,la sete, gli impulsi sessuali.

È implicato nelle emozioni; esiste un centro del piacere che può essere chiamato anche centro della dipendenza. Un'altra funzione è quella di orologio interno (orologio biologico) che funziona in base agli input visivi e regola i ritmi biologici come il ciclo del sonno e quello della fame.

Funzioni del telencefalo e corteccia

Il telencefalo (cervello) è la parte più estesa e sofisticata dell’encefalo.

Composta da due emisferi celebrali, destro e sinistro collegati da una fitta fascia di fibre nervose chiamato corpo calloso ( che consente di elaborare le informazioni in modo coordinato) .

La corteccia celebrale è uno strato di tessuto fittamente ripiegato che forma la superficie del telencefalo.

La corteccia celebrale regola i movimenti volontari, come il resto del telencefalo la corteccia celebrale è divisa in due meta ( destra e sinistra).

Poiché le fibre nervose che provengono dalla corteccia celebrale si incrociano nel midollo allungato ogni emisfero controlla la parte opposta del corpo.

Ogni metà della corteccia presenta 4 lobi:

- frontale.

- parietale.

- temporale.

- occipitale.

Ciascun lobo ha diverse funzioni;

una regione del lobo frontale (la corteccia motoria) ha il compito di inviare comandi hai muscoli scheletrici.

La corteccia somatosensoriale (nel lobo parietale ) riceve e integra parzialmente i segnali derivati dai recettori tattili , dei recettori del dolore e dei recettori che rilevano la pressione e la temperatura del corpo .

Il lobo parietale elabora le informazioni inerenti al senso del gusto , quello temporale relative all’udito e all’olfatto e il lobo occipitale relativa alla vista.

Ognuno di questi centri coopera con un’area chiamata area di associazione.

Le aree di associazione che formano la maggior parte della corteccia celebrale sono la sede delle attività mentali ovvero il pensiero.

Attraverso input provenienti da molte regioni dell’encefalo una grande area di associazione del lobo frontale è in grado di valutare conseguenze , esprimere giudizi ponderati e programmare il futuro.

Lateralizzazione e disturbi neurologici

Lateralizzazione= ovvero la specializzazione di alcune aree dei due emisferi per funzioni diverse.

L’emisfero sinistro è responsabile del linguaggio e delle operazioni logico-matematico; mentre l’emisfero destro è maggiormente coinvolto nella percezione delle relazioni spaziali, nel riconoscimento degli schemi e dei volti e nel pensiero non verbale.

Emisferoctemia = intervento chirurgico drastico che consiste nella rimozione di una parte di uno dei due emisferi. Questa operazione serve per alleviare gravi patologie epilettiche che hanno origine da uno degli emisferi come conseguenza di una malattia, di uno sviluppo anomalo, o di un ictus.

Depressione maggiore = si manifesta attraverso sintomi quali sensazione persistente di tristezza estrema, perdita di interesse per le attività piacevoli, variazioni di peso, disturbi del sonno, mancanza di energia e pensieri suicidi.

Disturbo bipolare = caratterizzato da oscillazione estreme dell’umore.

Morbo di Alzheimer = è una forma di deterioramento mentale o demenza caratterizzata da confusione perdita di memoria e da molti altri sintomi; è legata all’età, è una malattia progressiva e invalidante.

Chi ne soffre diventa incapace di compiere le azioni più semplici, manifesta cambiamenti di personalità e perde la capacita di riconoscere gli altri.

Protezione e omeostasi del SNC

Sia l’encefalo che il midollo spinale contengono spazi pieni di liquido chiamato: liquido cerebrospinale ( protegge

SNC e lo rifornisce di sostanze nutritive ormoni e globuli bianchi.).

Inoltre sono protetti da strati di tessuto connettivo che formano le meningi.

Omeostasi: ovvero la tendenza a mantenere condizioni di relativa stabilita nell’ambiente interno anche se le condizioni esterne cambiano.

Sistema nervoso periferico e divisioni

SNP umano

Il sistema nervoso periferico può essere diviso:

- sistema nervoso somatico.

- sistema nervoso autonomo.

Il sistema nervoso somatico è composto da neuroni che trasportano i segnali da e verso i muscoli scheletrici; è definito volontario perché molte delle sue azioni avvengono sotto il controllo cosciente.

Il sistema nervoso autonomo è composto da neuroni che regolano l’ambiente interno dell’organismo mediante il controllo della muscolatura liscia e cardiaca; è involontario.

Ci sono tre sotto sistemi:

- il sistema parasimpatico = quello che prepara l’organismo alle attività che portano ad acquisire e a conservare energia.

Gli effetti dei segnali parasimpatici comprendono la stimolazione degli organi del sistema digerente, la riduzione della frequenza cardiaca, il restringimento dei bronchi e il conseguente abbassamento della frequenza respiratoria.

- il sistema simpatico = tende a preparare il corpo ad attività che richiedono un alto consumo di energia. Indebolisce gli organi del tratto digerente, fa dilatare i bronchi ed induce la secrezione di adrenalina e noradrenalina ( prodotte dalle ghiandole surrenali).

- il sistema enterico = è costituito da reti nervosi presenti lungo il tubo digerenti, nel pancreas e nella cistifellea.

I neuroni di questo sistema controllano la secrezione e l’attività della muscolatura liscia che produce la peristalsi.