Fisiologia generale - Parte 3

16-03-2021 Prima 1 ½ (15-16:30) lezione 9: Il sistema nervoso centrale

Il sistema nervoso centrale viene chiamato così perché è quella porzione del sistema nervoso che controlla fondamentalmente, in maniera diretta e indiretta, tutte le funzioni vitali del nostro organismo, ma viene chiamato così anche perché viene definito la sede della coscienza (la sede di tutte quelle situazioni che ci riguardano di cui noi siamo pienamente coscienti, ossia di quello che sta avvenendo).

Abbiamo visto come i neuroni del sistema nervoso centrale comunicano tra loro; nelle lezioni precedenti abbiamo visto le sinapsi e oggi vedremo come è organizzato funzionalmente il sistema nervoso centrale.

Nel sistema nervoso centrale possiamo distinguere 7 diverse divisioni. Ma come sono organizzate queste 7 divisioni? 6 sono all’interno della scatola cranica e sono protette da questa struttura rispetto all’ambiente esterno, mentre la 7 divisione, rappresentata dal midollo spinale, si trova protetta all’interno della colonna vertebrale.

Per quanto riguarda le 6 divisioni che si trovano protette all’interno della scatola cranica noi abbiamo:

• Telencefalo o cervello
• Diencefalo
• Cervelletto
• Mesencefalo tronco dell’encefalo formato
• Ponte da mesencefalo, ponte e bulbo
• Bulbo chiamato anche midollo allungato
• Midollo spinale

Il sistema nervoso centrale risulta essere fortemente protetto da qualsiasi danno meccanico, chimico o di altro tipo. Tra il sistema nervoso centrale all’interno della scatola cranica e anche del midollo spinale, circondato dalla colonna vertebrale, noi abbiamo che la materia grigia, ovvero questi neuroni/strutture nervose, non sono a diretto contatto con la struttura ossea ma si trovano separate dalle meningi e, per quanto riguarda il cervello all’interno della scatola cranica, anche dal liquido cerebrospinale.

Le meningi hanno il compito di stabilizzare il tessuto nervoso e di proteggerlo dalle contusioni contro il tessuto osseo. Le meningi sono tre: la pia madre, aracnoide e la dura madre. Tra queste meningi e la dura madre, che si trova a stretto contatto con la scatola cranica, abbiamo una quantità di liquido detto liquido cerebrospinale.

Il liquido cerebrospinale rappresenta circa 150 ml, però ogni giorno il nostro organismo ne produce circa 500 ml ogni 8 ore, quindi abbiamo un continuo rinnovamento di questo liquido. Questo è importante perché ci dà un’informazione fondamentale: anche se il cervello è fortemente protetto da qualunque componente esterna al cervello stesso, qualcosa potrebbe passare e quindi un sistema difensivo da parte dell’organismo è il continuo rinnovo delle barriere che hanno il compito di proteggere il cervello da eventuali danni ai quali può andare incontro.

Il liquido cerebrospinale esercita una protezione chimica e fisica. Chimica, con il compito di mantenere costante la composizione ionica caratteristica, infatti il liquido cerebrospinale che bagna i neuroni del cervello ha una certa composizione; e una protezione fisica perché impedisce che il cervello vada a sbattere con la scatola cranica in caso di urto, infatti attutisce il colpo.

Un altro aspetto che dobbiamo ricordarci è mettere in evidenza che il liquido funge da protezione per il cervello, soprattutto con la funzione di evitare che sostanze nocive e non strettamente indispensabili alla sopravvivenza delle cellule che formano il cervello riescano a raggiungere queste cellule stesse: è la presenza della barriera emato-encefalica.

Che cosa è la barriera emato-encefalica?

Sappiamo che il cervello è irrorato, quindi c’è una fitta rete di vasi sanguigni che attraversano il cervello e tutte le divisioni del sistema nervoso centrale che abbiamo visto. Nel sangue circolano varie sostanze: sostanze nutrienti, cataboliti che devono essere portati via, aminoacidi, ioni, acqua, ma possono circolare anche sostanze dannose per l’organismo come, ad esempio, alcune sostanze tossiche, sostanze di rifiuto, batteri, virus.

Quindi il cervello deve essere fortemente protetto dalla possibilità che le cellule vengano danneggiate da organismi o sostanze estranee e dannose e quindi si è sviluppata la barriera emato-encefalica.

Noi sappiamo che oltre i neuroni nel cervello sono presenti altri tipi di cellule e tra queste cellule ce ne sono alcune caratterizzate da un soma cellulare che non hanno generalmente funzioni di ricevere delle informazioni o chissà che, e sono gli astrociti. Gli astrociti hanno una serie di arborizzazioni che terminano con un bottone/pedicelli. I processi pedicellari attaccano alla membrana basale del capillare sanguigno e formano una sorta di barriera, circondando la membrana basale del capillare sanguigno.

Inoltre, hanno anche la capacità di liberare sostanze paracrine, ovvero sostanze che vanno ad agire vicino a loro e vanno a stimolare la formazione di giunzioni serrate tra le cellule che formano l’endotelio del capillare stesso, impedendo ad eventuali sostanze che si trovano nel circolo sanguigno di poter uscire e andare a danneggiare i neuroni stessi.

Ci sono delle sostanze che devono poter attraversare l’endotelio e questa lamina basale e la barriera ematoencefalica perché sono fondamentali per la sopravvivenza delle cellule nervose. Queste sostanze sono l’ossigeno perché deve permettere alle cellule di respirare, sostanze nutrienti come il glucosio, aminoacidi e anidride carbonica. Questa barriera emato-encefalica è il controllore di quello che riesce a passare dal circolo sanguigno verso il cervello.

Un esempio dell’importanza di questa barriera emato-encefalica e di come sia fortemente selettiva lo si ha quando pensiamo a una malattia come il morbo di Parkinson. La malattia di Parkinson è caratterizzata dalla incapacità dei neuroni centrali di produrre dopamina, neurotrasmettitore.

Esempio

Uno potrebbe dire: do al paziente della dopamina già sintetizzata, pronta, e colmo questa incapacità. In realtà non è possibile perché la dopamina già sintetizzata sotto forma di neurotrasmettitore non è in grado di attraversare la barriera emato-encefalica, ma è invece in grado il suo precursore, l’aminoacido L-dopa, che viene usato come farmaco proprio nel morbo perché in esso esiste il trasportatore specifico.

Nella scatola cranica, all’interno del cervello, possono passare solo quelle sostanze per le quali esistono dei trasportatori e sono utili per il benessere del cervello stesso.

Funzioni del sistema nervoso centrale

Le funzioni del sistema nervoso centrale sono diverse a seconda della regione che prendiamo in considerazione. Il cervello è la regione più vasta del sistema nervoso centrale dell’uomo. Sappiamo che è costituita da due emisferi e ogni emisfero risulta essere composto dalla corteccia cerebrale, dalla sostanza bianca e da tre formazioni profonde che sono il sistema limbico e i nuclei della base.

Per quanto riguarda la corteccia cerebrale questa risulta essere la sede delle funzioni percettive dell’individuo, del controllo motorio volontario e delle funzioni cognitive come la memoria e le emozioni.

A livello della corteccia cerebrale possiamo distinguere 4 lobi:

• Lobo frontale
• Lobo parietale
• Lobo occipitale
• Lobo temporale

A questi quattro lobi volendo possiamo aggiungere il lobo limbico.

Quali sono le funzioni di questi 4 lobi?

• Lobo frontale è la sede della programmazione delle azioni, tutte azioni coscienti, tutte condizioni delle quali noi ci rendiamo pienamente conto, formazione delle parole e il controllo della contrazione della muscolatura scheletrica, controllo movimenti volontari.
• Lobo parietale è la sede della percezione somatosensoriale e gustativa.
• Lobo temporale è la sede della corteccia cerebrale dove si ha la capacità generale dell’interpretazione, ovvero quella che comunemente viene definita come intelligenza. Inoltre, abbiamo la percezione uditiva e olfattiva e l’apprendimento e la memoria di tipo dichiarativo, cioè tutte quelle informazioni che possono essere espresse attraverso la parola/linguaggio.
• Lobo occipitale è la sede della corteccia cerebrale dove ha sede la percezione visiva.

Per quanto riguarda i gangli della base sappiamo che questi sono responsabili del controllo del movimento e la sostanza bianca risulta essere costituita da diverse fibre nervose, cioè da fibre con funzioni diverse. Avremo quindi:

• Le fibre associative che hanno la funzione di collegare diverse regioni dello stesso emisfero.
• Le fibre commissurali che collegano regioni dei due emisferi.
• Le fibre proiettive che hanno il compito di collegare il cervello, quindi diverse regioni degli emisferi della corteccia cerebrale, con le altre regioni del sistema nervoso centrale, quindi diencefalo, tronco dell’encefalo, cervelletto e midollo spinale.

Quindi le aree funzionali della corteccia cerebrale sono specializzate:

• Aree sensoriali per la percezione somatosensoriale che comprende le informazioni sensoriali che provengono dalla cute, dal sistema muscolo scheletrico, dai visceri e così via, ma anche la percezione dei cosiddetti sensi speciali, visiva, uditiva, olfattiva e gustativa.
• Aree motorie che hanno il compito di dirigere il movimento.
• Aree di associazione che hanno il compito di integrare le informazioni che provengono dalle diverse regioni della corteccia cerebrale.

Appartiene al telencefalo o al cervello propriamente detto anche il sistema limbico. Il sistema limbico, che potremo indicare anche come lobo limbico del cervello, risulta essere costituito da due regioni: l’ippocampo e l’amigdala.

Quali sono le funzioni generali del sistema limbico?

Esso ha il compito di controllare le spinte motivazionali ed il comportamento emotivo, controlla le funzioni vegetative ed endocrine, controlla l’apprendimento e la formazione della memoria di tipo dichiarativo.

In particolare, possiamo dire che nel coordinamento delle funzioni endocrine e vegetative in relazione allo stato emozionale dell’individuo la funzione principale viene svolta dall’amigdala, mentre per quanto riguarda l’apprendimento e la formazione della memoria di tipo dichiarativo, quello che noi impariamo nel corso della nostra vita viene registrato a livello dell’ippocampo.

A livello dell’ippocampo noi abbiamo il ricordo delle situazioni del passato, il ricordo degli odori che abbiamo assimilato, grazie all’ippocampo riesco a riconoscere gli odori già imparati. Infatti noi sappiamo che in alcune condizioni patologiche che hanno a che fare con la scomparsa della memoria, soprattutto della memoria a breve termine, una delle zone più danneggiate del cervello risulta essere proprio quella dell’ippocampo.

Questo si riscontra nell’autismo, morbo di Alzheimer e negli stati depressivi. Si riscontra in tutte le situazioni nelle quali ci sono condizioni nelle quali vengono a mancare le funzioni cognitive come quelle della memoria di tipo dichiarativo.

Come si forma la memoria?

Naturalmente ci sono delle informazioni in ingresso come odori, immagini, suoni, situazioni: tutto ciò con cui noi abbiamo a che fare nel corso della nostra vita è un’informazione in ingresso ed entra a far parte di quella che noi chiamiamo memoria a breve termine. Ovvero, se quella situazione, condizione non si consolida nel tempo, succede che noi dopo un po’ di tempo non la ricordiamo più.

Affinché tutte le informazioni in ingresso possano essere richiamate quando serve nell’arco della nostra vita devono essere elaborate in modo tale da far parte della memoria a lungo termine. Una volta che queste informazioni vengono memorizzate nella memoria a lungo termine e quindi sono elaborate, a livello della memoria a lungo termine, allora anche a distanza di tempo possono essere localizzate e richiamate in modo tale da poter dare una risposta da parte nostra.

Se invece le informazioni di ingresso rimangono nella sfera della memoria a breve termine, quindi non sono sufficientemente elaborate per mancanza di tempo, attenzione e interesse, allora non possono essere richiamate a distanza di tempo.

Un aspetto importante dello stato emozionale dell’individuo è che esiste una relazione tra le emozioni e qualche funzione fisiologica. Succede che le informazioni in ingresso, ad esempio uno stimolo olfattivo, visivo, uditivo, raggiungono la corteccia cerebrale; dalla corteccia questi stimoli sensoriali vengono trasferiti al sistema limbico dove si ha l’apprendimento e la formazione della memoria.

Il sistema limbico non è un sistema a sé che viene usato per ricordarci, ad esempio, che se vediamo un coniglio quello è un coniglio, ma è connesso anche con altre regioni del sistema nervoso centrale che danno origine a una serie di risposte particolari. Per esempio, il sistema limbico è connesso con l’ipotalamo e con il tronco dell’encefalo.

Quali sono le risposte che possono originarsi per effetto di una stimolazione del sistema limbico?

Abbiamo le risposte motorie somatiche che possono essere volontarie e involontarie, le risposte autonomiche, cioè quelle che hanno a che fare con il sistema nervoso autonomo di cui noi non siamo coscienti, e queste risposte possono a loro volta andare ad agire sul sistema endocrino e immunitario.

La relazione tra sistema endocrino, sistema nervoso autonomo e sistema immunitario è una relazione molto forte che noi ritroveremo più avanti quando faremo il sistema endocrino e quindi capiremo meglio.

La presenza della relazione tra le emozioni e le funzioni fisiologiche del nostro corpo ci dà un’idea del perché quando siamo sotto stress siamo anche più suscettibili alle infezioni. Lo stress rappresenta l’emozione e l’infezione rappresenta la risposta fisiologica dell’organismo.

Noi sappiamo che il cervello è diviso in due emisferi: emisfero sinistro ed emisfero destro. Sappiamo che spesso le informazioni che arrivano dai due lati del nostro corpo sono incrociate, come l’informazione visiva, perché noi sappiamo che il nervo ottico si incrocia andando a formare il chiasma ottico e le informazioni provenienti dall’occhio di sinistra vanno a proiettare sull’emisfero destro e le informazioni provenienti dall’occhio di destra vanno a proiettare sull’occhio sinistro.

Questo succede anche per altre funzioni. La lateralizzazione cerebrale ci dà un’altra informazione importante, ci dice che le aree funzionali dei due emisferi cerebrali non sono simmetriche. Mentre, per esempio, la funzione visiva è abbastanza simmetrica perché noi abbiamo l’emi campo visivo sinistro nella corteccia visiva di sinistra e l’emi campo visivo di destra nella corteccia visiva di destra, non per tutte le funzioni avviene questo.

Ma cosa succede? Per esempio, l’area della scrittura è particolarmente sviluppata nell’emisfero di sinistra ed è assente nell’emisfero di destra, così come il centro dell’interpretazione del linguaggio. Nell’area di destra ci sono sviluppate delle altre funzioni che non sono presenti nell’area di sinistra.

Ad esempio, le capacità musicali sono sviluppate nell’emisfero di destra, così come il riconoscimento delle forme, delle immagini corporee e delle facce. Così come c’è una sorta di lateralizzazione per quanto riguarda l’informazione olfattiva.

Nell’emisfero di destra abbiamo la memoria olfattiva legata alla forma degli oggetti, quindi quando sentiamo l’odore del limone a noi non viene in mente il succo del limone ma la forma del limone. Nel lato di sinistra, della corteccia olfattiva di sinistra, viene elaborata l’informazione che ci rende coscienti della parola limone.

L’emisfero sinistro è la sede delle capacità matematiche. Abbiamo una sorta di lateralizzazione anche per la corteccia uditiva, l’emisfero di destra presenta preferenza per l’orecchio sinistro, mentre l’emisfero di sinistra presenta preferenza per l’orecchio destro.

Una situazione simile la abbiamo anche per la stereognosia, nell’emisfero di sinistra ci sono le informazioni che provengono dal lato destro e nell’emisfero destro ci sono le informazioni che provengono dal lato sinistro, quindi una lateralizzazione e un incrocio tra le funzioni dei due emisferi.

Come è stato possibile la presenza della lateralizzazione, le aree cerebrali che si attivano durante le diverse funzioni cognitive della vita di tutti i giorni?

Una tecnica è la PET, tomografia ad emissione di positroni. Permette di mappare l’attività cerebrale dei due emisferi durante alcune attività cognitive. Queste immagini ci mostrano quali sono le aree cerebrali che si attivano durante alcune attività cognitive.

L’area cerebrale che si attiva con la produzione di parole è diversa da quella che si attiva quando si leggono o producono parole.

Funzioni del diencefalo

Ne fanno parte alcune regioni:

• Talamo. Il talamo è un centro di integrazione centrale perché è una stazione di passaggio di una serie di informazioni sia motorie che sensoriali. Che succede quindi? Ad esempio, il nervo ottico dagli occhi raggiunge il talamo, il talamo realizza che stiamo parlando di informazione visiva e invia l’informazione alla corteccia visiva. Succede lo stesso per l’udito. L’informazione uditiva non arriva direttamente alla corteccia uditiva ma passa per il talamo.
• Ipotalamo e ipofisi. Una delle formazioni che fanno parte del diencefalo che troveremo continuamente e di particolare importanza