Comprendere il sistema nervoso: funzioni, struttura e comunicazione sinaptica

Funzioni del sistema nervoso

Le funzioni del sistema nervoso sono le seguenti:

raccogliere gli stimoli provenienti dall'esterno o dall'interno del corpo. Questo è il compito dei recettori sensoriali;

integrare e analizzare le informazioni ricevute e formulare una risposta adeguata;

attivare gli organi effettori, che sono quegli organi che devono effettuare la risposta.

Struttura e classificazione dei neuroni

Le cellule che hanno il compito di svolgere queste tre funzioni sono i neuroni. I neuroni sono connessi agli organi effettori e ai recettori grazie ai loro prolungamenti.

I recettori sensoriali sono cellule che sono specializzate nella percezione di un tipo particolare di stimolo.

Gli organi effettori invece sono muscoli che determinano una risposta motoria. I muscoli possono essere sia volontari che involontari.

La caratteristica dei neuroni è di essere eccitabili: sono quindi in grado di generare potenziali d'azione (cioè impulsi elettrici) che si propagano dal punto di origine fino al punto più lontano del neurone. La trasmissione di questi potenziali d'azione è molto rapida e la cosa rende possibile la percezione dei segnali in tempi molto brevi.

La struttura dei neuroni è la seguente:

corpo cellulare, che contiene il nucleo. Da lì si dipartono i prolungamenti, che possono essere assoni o dendriti;

l'assone è un singolo prolungamento su cui viaggiano le informazioni che escono dal corpo cellulare. Alcuni assoni possono essere molto lunghi;

i dendriti sono strutture che portano le informazioni che vengono dai neuroni al corpo cellulare;

le sinapsi, che sono dei rigonfiamenti dei terminali assonici attraverso i quali avviene il passaggio delle informazioni da un neurone all'altro.

Nel sistema nervoso si devono classificare i neuroni in tre gruppi:

efferenti o sensoriali, che sono i neuroni che portano le informazioni dai recettori ai centri nervosi, cioè all'encefalo o al midollo spinale;

efferenti, che portano i comandi del sistema nervoso centrale agli effettori fisiologici;

i neuroni di associazione, che si occupano di integrare e immagazzinare le informazioni che ricevono e di facilitare le comunicazioni tra i neuroni afferenti e quelli efferenti.

Sistema nervoso centrale e periferico

Il sistema nervoso umano si articola in due parti:

sistema nervoso centrale (SNC), che è costituito dall'encefalo e dal midollo spinale. La sua funzione è quella di ricevere le informazioni sia di natura nervosa che di natura chimica, ed elaborare le risposte;

sistema nervoso periferico (SNP), che è costituito dai nervi e dai gangli. La sua funzione è quella di mettere in contatto il sistema nervoso centrale con gli organi di senso e con gli organi effettori.

Nel sistema nervoso periferico troviamo i nervi e i gangli.

I nervi sono dei fasci di assoni che raggiungono tutti i punti dell'organismo, mentre i gangli sono dei gruppi di neuroni i cui corpi cellulari si trovano al di fuori del sistema nervoso centrale.

Ruolo delle cellule gliali

Nel sistema nervoso ci sono anche le cellule gliali, che hanno la funzione di sostenere fisicamente i neuroni e di orientarli durante lo sviluppo embrionale, di fornire loro le sostanze nutritive e di mantenere costante l'ambiente extracellulare. Esiste un tipo particolare di cellule gliali che fornisce agli assoni la guaina mielinica, un rivestimento che serve ad aumentare la velocità dell'impulso all'interno dell'assone. Nel sistema nervoso centrale la mielina viene fornita dalle cellule di Schwann, che si avvolgono diverse volte intorno agli assoni ricoprendoli con strati concentrici di mielina. I neuroni con la mielina conducono gli impulsi nervosi, cioè i potenziali d'azione, circa 30 volte più velocemente di quelli che non hanno la mielina.

Potenziale di membrana e d'azione

Un neurone contiene energia potenziale, ossia energia che può svolgere un lavoro per mandare impulsi da una parte all'altra del corpo. Questa energia potenziale si chiama potenziale di membrana. Il citoplasma ha carica negativa mentre il liquido extracellulare presente subito fuori dalla cellula ha carica positiva.

Il potenziale che si stabilisce tra i due lati della membrana di un neurone a riposo è detto potenziale di riposo, ed è determinato da una differente concentrazione di ioni all'interno e all'esterno della cellula. Per mantenere il potenziale di riposo serve un meccanismo chiamato pompa sodio-potassio, che porta gli ioni sodio all'interno e gli ioni potassio all'esterno.

Il potenziale d'azione è il segnale nervoso che trasporta l'impulso lungo l'assone. Se lo stimolo è abbastanza forte, si raggiunge il potenziale di soglia. A questo punto si innesca il potenziale d'azione e la cellula diventa più positiva all'interno rispetto all'esterno. Subito dopo però la membrana si ripolarizza e il potenziale torna al valore di partenza.

Comunicazione sinaptica tra neuroni

I neuroni comunicano tra di loro o con le cellule bersaglio, ovvero ghiandole e fibre muscolari, a livello delle sinapsi. C'è un neurone che manda un segnale detto presinaptico e uno che riceve il segnale detto postsinaptico. Le sinapsi possono essere di due tipi: chimiche o elettriche.

Le sinapsi elettriche si distinguono dalle sinapsi chimiche perché i neuroni sono connessi in modo diretto. La cosa è possibile perché queste sinapsi contengono molte giunzioni serrate.

La continuità elettrica tra i due neuroni impedisce che gli impulsi sinaptici si accumulino; le sinapsi elettriche richiedono superfici di contatto molto ampie e questo impedisce ai neuroni di raccogliere troppi input nello stesso momento.

Nelle sinapsi chimiche, a differenza delle sinapsi elettriche, è presente un breve spazio sinaptico, che serve a separare il neurone presinaptico dal neurone post-sinaptico. Infatti il segnale elettrico deve essere prima convertito in un segnale chimico costituito da neurotrasmettitori che possa generare un potenziale d'azione nella cellula post-sinaptica. Per cui questo segnale deve poi essere trasmissibile lungo l'assone.

Un potenziale d'azione, cioè un impulso, arriva alla terminazione sinaptica e genera cambiamenti chimici. A questo punto il neurotrasmettitore diffonde attraverso la sinapsi. Nel frattempo il neurotrasmettitore si lega ai recettori della cellula post-sinaptica. Questo legame apri i canali ionici chemiosensibili: grazie a questi canali gli ioni si possono diffondere anche nella cellula post-sinaptica e possono generare nuovi potenziali d'azione.