Appunti di fisiologia umana

Fisiologia umana

Martedì 13 ottobre 2020

Sistema nervoso

Il sistema nervoso controlla le interazioni dell’organismo con l’ambiente e presiede al controllo del comportamento degli animali e dell’uomo. Nonostante impieghi meccanismi molecolari e cellulari simili a quelli di altri organi, tra le sue proprietà emergenti si annoverano funzioni cognitive superiori di difficile analisi e quantificazione.

Funzioni cognitive => processi mentali o psichici pertinenti al conoscere, pensare, imparare e giudicare.

Principi organizzativi: le principali sezioni del SNC dell’uomo

Mantello corticale di corteccia cerebrale. Corpo calloso costituito da fibre di connessione dei due emisferi. L'ipotalamo è una struttura centroencefalica molto importante. I talami sono laterali.

Parte superiore di encefalo: gangli della base (=telencefalo e diencefalo). Telencefalo = corteccia + gangli della base. Diencefalo = strutture centrali (ipotalamo, talami dx e sx, subtalamo, epitalamo). Tronco encefalico = mesencefalo + ponte + bulbo. Sotto c’è il midollo spinale, che percorre tutta l'asse del midollo spinale.

Tutte le strutture nominate fanno parte del sistema nervoso centrale. Quelle nel cranio costituiscono l’encefalo. Dietro il telencefalo c’è il cervelletto. Il sistema nervoso periferico fa perno soprattutto sul sistema dei nervi e sui centri neurovegetativi e organi bersaglio. Il SNP sta fuori dal SNC e mette in comunicazione il SNC con gli organi del corpo.

Processo di encefalizzazione

Funzione fondamentale del sistema nervoso: regolare l’interazione tra l’organismo e l’ambiente. Il sistema nervoso si sviluppa quando organismi viventi iniziano a muoversi —> serve a gestire l'interazione tra organismo e ambiente.

Un organismo può muoversi in modo riflesso: subisce uno stimolo e quindi si muove (stimolo —> recettore —> sistema motorio —> movimento). Può anche avere volontà di movimento —> situazione più complicata: bisogna decidere cosa fare, prevedere le conseguenze del movimento, come muoversi —> questo comporta una serie di operazioni compiute dal sistema nervoso. Capacità di decidere = capacità di collegare tra di loro elementi logici. Sistema motorio, sensoriale, cognitivo del cervello nascono insieme.

Il sistema nervoso si è evoluto durante la filogenesi mediante un processo di aumento ponderale e di encefalizzazione che raggiunge la massima espansione nell’uomo, portando alla comparsa di funzioni sempre più complesse. Organismi più semplici reagiscono agli stimoli in modo stereotipato. Successivamente compaiono organismi che presentano comportamenti caratterizzati da maggiore capacità decisionale, adeguatezza e adattabilità —> questi aspetti concorrono a definire l’intelligenza (=capacità di risolvere problemi di varia complessità). Potenziamento delle funzioni nervose ha comportato un enorme vantaggio evolutivo, consentendo all’individuo e alla specie una migliore sopravvivenza. Ciò è tanto più importante in ambienti socialmente complessi, ricchi di interazioni ed in rapida evoluzione nei quali è necessario prendere decisioni rapide ed efficienti.

Il sistema nervoso deriva dallo sviluppo di una struttura assiale che percorre tutta la lunghezza dell'embrione, con polarità: polo cefalico e polo caudale. All’inizio, il polo encefalico è costituito da vescicole:

• Prosencefalo —> poi si divide in:
  • Telencefalo;
  • Diencefalo;
• Mesencefalo —> rimane tale;
• Rombencefalo —> si divide in:
  • Ponte;
  • Bulbo.

Parte iniziale dell’embriogenesi è simile per umani e per rettili, ma poi c’è differenziazione.

Filogenesi => sviluppo delle specie.

Sistema nervoso come centro di interazione con la realtà

Gli organismi viventi interagiscono con una realtà fisica interna ed esterna in continua evoluzione. Il sistema nervoso consente l’interazione con la realtà mediante i processi di percezione sensoriale e motricità. Di questa interazione, il sistema nervoso genera una continua rappresentazione cosciente vissuta dall’individuo come una conoscenza chiara, immediata e continua. Dall’interazione con la realtà, il soggetto ritiene memoria tramite l’apprendimento.

Il sistema nervoso può modificare il suo stato di operatività in funzione di variabili ambientali e di variabili interne di origine organica o psichica. Lo stato di coscienza definisce il livello di interazione con l’ambiente. Regolato da ritmi circadiani (alternanza sonno/veglia) e si degrada negli stati di coma e in varie condizioni patologiche. L’analisi psicofisica ha rilevato che la maggior parte delle informazioni sensoriali (probabilmente oltre il 90%) non emerge a livello di coscienza. Tuttavia, di questa informazione rimane traccia sub-conscia, come rivelato dalla possibilità di impiegarla successivamente.

Funzioni correlate alla coscienza sono l’orientamento e lo schema corporeo, che consentono l’appropriata localizzazione dell’individuo nel tempo e nello spazio, e la coscienza del sé (autocoscienza). Il sistema nervoso è dotato di meccanismi in grado di regolare l’interazione con la realtà. L’attenzione consente di orientare l’interesse verso specifici aspetti percettivi interni ed esterni. Esistono un’attenzione selettiva e una generalizzata (stato di allerta).

L’emozione definisce la reazione globale (comportamentale e neurovegetativa) dell’organismo di fronte a una data circostanza ambientale, predisponendolo a una reazione adeguata (per esempio attacco o fuga). Il tono dell’umore rappresenta l’attitudine ad interpretare la realtà secondo un’inclinazione positiva o negativa (ottimista o pessimista). Dalla sintesi della rappresentazione dell’ambiente e delle necessità interne dell’organismo emerge la motivazione, che fornisce l’impulso a mettere in atto un determinato comportamento. Il pensiero è un’elaborazione astratta della realtà e della memoria che può venire espressa mediante il linguaggio o altre rappresentazioni figurative. Normalmente, il pensiero segue una logica interna che può essere acquisita mediante l’esperienza o appresa, e può essere analizzata mediante un giudizio di analogia o confronto.

Livelli organizzativi del sistema nervoso

Neurone => cellula specializzata per elaborare segnali elettrici; fulcro dell’organizzazione del cervello. Funzione del neurone: integrazione spaziale e temporale di input sinaptici. Pda => unico segnale emesso da neurone, mandato poi ad altri neuroni. Microcircuiti neurali => tanti neuroni collegati tra di loro in struttura definita, che cambia da un’area all’altra del cervello. Combinazione di tanti microcircuiti finisce nei sistemi e vie —> formazione dell’architettura del cervello. Dal macrosistema di circuiti nasce il comportamento. Diverse parti del cervello hanno estensioni diverse a seconda di specie. Architettura del cervello cambia molto a seconda della specie presa in esame.

Mesoscala (scala intermedia) => insieme di circuiti, non tutti del cervello, legati tra di loro (es: corteccia cerebrale + talamo = unità inscindibile; cervelletto + nuclei procerebellari in tronco encefalico). Microscala => microcircuiti. Macroscala => cervello. Risonanza magnetica nucleare, elettrocardiogramma => strumenti per osservare fenomeni di macroscala. Patch clamp => tecnica di microscala. A seconda delle tecniche osservo fenomeni diversi. Per connettere le varie scale si usano modelli matematici.

Principio della plasticità sinaptica e del sistema nervoso

Il sistema nervoso ha un piano che porta a sviluppare diverse parti —> cervelli degli uomini si assomigliano molto. In questo piano però non è scritto tutto. Genoma umano non contiene info per riempire completamente piano, ma solo il progetto per lo sviluppo.

Genoma umano contiene solo 30mila geni, che codificano per le operazioni di costruzione e gestione dell’organismo, ma non per dettagli (info necessarie a rendere sistema nervoso completo e funzionale). Questi dettagli derivano da ambiente: interazioni con altri individui porta molte informazioni. Infatti, un bimbo ha a disposizione piano evolutivo che consente di imparare, ma non ha scritto cosa bambino deve imparare. Dualismo in flussi genetici ed epigenetici (=che vengono da ambiente).

Sistema nervoso è la struttura più plastica dell’organismo. Plastico ≠ elastico. Plastico => plasmatico sulla base degli impulsi che gli arrivano. Cervello non cambia dimensione con plasticità. Plasticità del cervello si manifesta con plasticità sinaptica, che consente alla sinapsi di modificare la capacità di trasmettere in funzione di stimoli che ha ricevuto.

Sistema nervoso come centro di controllo dell’ambiente interno

Dinamiche di funzionamento => evoluzione temporale e spaziale delle attività dei circuiti cerebrali. Processo può essere statico (non cambia mai) / dinamico (continua a cambiare). Cervello ha attività continua e incessante, che viene modulata e modificata da circostanze ambientali e da uso: spostata verso strutture che operano di più.

Consuma stessa quantità di energia rispetto a quando lo mettiamo in funzione in modo specifico. Cervello è struttura autonomamente attiva modulata dai sensi. Per capire meglio questo concetto uso l’esempio dell’elettroencefalogramma: elettrodi su lobo occipitale misurano attività. Se il soggetto apre gli occhi, da attività si va ad attività, che accelera di più rispetto ad attività —> sistema nervoso è autonomo, modulato dai sensi.

Sistema nervoso è macchina biologica che genera realtà virtuale. Ognuno di noi ha un mondo interno che elabora ciò che viene dato, in modo diverso da un altro. Realtà virtuale per essere generata ha bisogno di attività elettrica virtuale continua. 2 sistemi neurali speciali che gestiscono ambiente interno:

• Sistema nervoso vegetativo;
• Asse neuro-endocrino.

Funzioni:

• Controllo delle funzioni viscerali (cardiovascolare, respiratoria, renale, e gastroenterica);
• Influenza sul sistema immunitario (asse neuro-immunitario).

In generale le relazioni sono reciproche, per cui il cervello riceve informazioni sullo stato funzionale degli organi periferici e ne regola a sua volta la funzione, implementando un controllo a feed-forward e feed-back. Transizione sonno-veglia: stato esterno è lasciato fuori, cervello ha solo stato interno. Funzioni esatte del cervello durante il sonno non sono totalmente chiarite. Cervello è sistema autonomo modulato dai sensi, elabora realtà virtuale, e può transitare da mondo interno a mondo esterno tramite meccanismo di orientamento che è dell’attenzione.

Funzionamento del cervello

Quando metto in atto un’azione motoria, devo fare previsione, cioè devo prevedere dove il movimento porta l’arto che ho mosso. Problema della previsione: prevedere = capire in anticipo —> come fa cervello a fare un piano? Per fare un piano ho bisogno di uno schema del sistema che devo mettere in atto con movimento: se ad esempio voglio spostare un telecomando, devo sapere che c’è la spalla, gomito, polso, e devo conoscere come si muovono le varie componenti.

Schemi motori / comportamentali (movimento relativo ad ambiente). Questo schema c’è da una qualche parte, e sa predire cosa succede nell’interazione tra organismo e ambiente. Se voglio sollevare un telecomando, devo sapere quanto pesa. Sistema nervoso lavora con schemi che predicono atto motorio sulla base dell’esperienza. Altro esempio: bimbo non conosce relazioni tra organismo e ambiente. Se prende un oggetto: non sa bene dov’è, non sa misurare distanza, e non ha esperienza di schema corporeo. Dopo vari tentativi andati a vuoto, però, riesce a prendere il telecomando —> quando riesce a prenderlo ha imparato. Conseguenze portano all’apprendimento. Bimbo con esperienza piano piano si riempie di dati. Apprendimento porta a riempire schema di quei contenuti che mancavano.

Altro esempio: astronauta in un posto dove non c’è gravità —> per prendere telecomando deve ricalibrare suoi movimenti perché quelli che faceva sulla Terra non sono efficaci. Sistema nervoso continua a mettere a punto suoi schemi. Sistema nervoso lavora in modo predittivo —> per fare ciò deve usare suo mondo interno (fatto di attività neurale continua che predice esattamente come sarà l’interazione con l’oggetto).

Principio dell’organizzazione somatotopica

Corteccia cerebrale e strutture sottocorticali organizzate in modo somatotopico, secondo topografia del soma. Area motoria primaria e area somatosensoriale primaria sono organizzate in modo somatotopico: se controllo funzionalità di queste aree, scopro che sono organizzate in modo topografico, come su una mappa, corrispondente all’organizzazione del soma in modo distorto —> formazione dell’homunculus: rappresentazione molto estesa per parti che hanno molti recettori sensoriali / molte possibilità di movimento. Corteccia riassume importanza delle connessioni con soma in termini di attività neurale sensoriale e motoria.

Somatotopia deriva da connessioni ordinate che neuroni mantengono con metameri (=elementi segmentali del nostro organismo). Durante embriogenesi organismo è diviso in segmenti, a cui corrisponde un particolare destino evolutivo. Ogni vertebra corrisponde a un metamero. Ogni metamero costituito da:

• Osteomero —> sviluppa struttura ossea;
• Dermatomero —> sviluppa cute;
• Miomero —> sviluppa sistema muscolare.

Da ognuno di questi segmenti si sviluppano strutture ossee, muscolari e cutanee. Dermatomero molto precocemente si differenzia in neuromero, che è sorta di 4° strato di metamero, e da cui si sviluppa sistema neurale.

Altre organizzazioni somatotopiche:

• Retinotopia in corteccia occipitale;
• Tonotopia che riguarda toni dell’udito proiettati da sistema cocleare a corteccia uditiva.

Principio dei sistemi proiettivi specifici

Collegano sistema nervoso centrale con periferico. Sistemi che vanno al cervello => afferenti. Da cervello a periferia => efferenti. Questi sistemi sono multipli, e fanno cose diverse. Ci sono vie polisinaptiche afferenti ed efferenti, e queste sono multiple. Questi sono i principi dei sistemi proiettivi specifici.

Sistemi proiettivi diffusi (non specifici)

Segnali che si condensano in tronco encefalico e provenienti da vari sistemi di senso, e che vengono proiettati a tutta la corteccia. Sistemi importanti per mantenere in funzione sistema nervoso, e se non funzionano può derivare stato di coma. Solitamente fanno stazione nelle aree centroencefaliche, in particolare in talamo. Sistemi di neuromodulazione: controllano stato funzionale interno del cervello. Quando cervello è in fase di veglia è in stato funzionale diverso rispetto a quando è in stato funzionale di sonno. Stato funzionale del cervello è regolato dal tronco encefalico, che libera i neuromodulatori (=sostanze chimiche che regolano funzione di grandi aree del cervello).

Neuromodulatori:

• Noradrenalina => risveglia attenzione e stato di allerta;
• Acetilcolina => apprendimento; promuove coordinamento di funzioni cognitive;
• Dopamina => modulatore dello stato attivo, entra nel meccanismo del reward (ricompensa); gestisce modulazione tra motivazione e ricompensa.

Quando sono in fase di riposo o di reward aumenta serotonina, che quando aumenta tanto tende a portare il sonno. Questi neuromodulatori vengono prodotti in strutture centro encefaliche. Sistema nervoso è lateralizzato —> 2 parti del sistema nervoso, non separate in modo completo, ma che comunicano tra di loro. Comunicazione avviene a vari livelli. Comunicazione più importante è in corpo calloso, che contiene le fibre che mettono in comunicazione le due parti del cervello. Lateralizzazione delle funzioni. Destri e mancini hanno capovolgimento delle funzioni destra e sinistra.

Mercoledì 14 ottobre 2020

Dominanza emisferica

Funzioni del sistema nervoso sono lateralizzate, perché esistono 2 emicorpi connessi separatamente con 2 parti del sistema nervoso. A livello centrale queste relazioni si invertono: fibre in tronco encefalico si trasferiscono dall’altra parte tramite decussazione/incrocio —> fibre da emicorpo di destra vanno a emisfero cerebrale di sinistra e viceversa. Fibre discendenti da sinistra vanno a emicorpo destro e viceversa. Quando decido di usare mano dx, comando viene generato da emisfero sx, e viceversa.

Per quanto riguarda motricità e percezione sensoriale, divisione è molto precisa. Alcune funzioni non divise in questo modo, come alcune funzioni superiori, che si distribuiscono in un certo emisfero secondo uno schema predefinito. Quando uno scrive con mano dx, suo emisfero dominante è quello che controlla mano dx, cioè emisfero sx. Emisfero dominante controlla anche altre funzioni collegate all’attività speciale che può avere mano destra:

• [Elenco di altre funzioni da completare]