Farmacoterapia della nutrizione

Il sistema nervoso

È diviso in sistema nervoso centrale e sistema nervoso periferico. Il sistema nervoso centrale comprende: encefalo (cervello, due emisferi, ipotalamo, epitalamo, ponte, cervelletto, bulbo o midollo allungato) e midollo spinale. L’encefalo è un insieme di sistemi neuronali interconnessi, ciascuno dei quali regola la propria attività e quella degli altri in modo dinamico e complesso.

Macrofunzioni delle regioni dell'encefalo

Corteccia cerebrale

I due emisferi cerebrali costituiscono la più grande delle parti in cui è suddiviso l’encefalo. Le regioni della corteccia cerebrale possono essere classificate in base a vari criteri:

• Secondo la modalità di elaborazione delle informazioni (es. area sensoriale, visiva, acustica e olfattiva, area motoria e aree di associazione).
• Secondo la porzione anatomica (es. lobo frontale, temporale, parietale e occipitale).
• Secondo la relazione geometrica tra i vari tipi di cellule nei principali strati corticali.

La corteccia cerebrale presenta un aspetto laminare relativamente uniforme per qualunque regione locale. Le funzioni specializzate di una regione corticale scaturiscono da un intreccio di connessioni provenienti e dirette sia verso altre regioni della corteccia (sistemi corticocorticali) sia verso aree non corticali dell’encefalo (sistemi sottocorticali). Le aree corticali di associazione ricevono ed elaborano le informazioni provenienti dalle regioni corticali sensoriali primarie, producendo le funzioni corticali superiori, come il pensiero astratto, la memoria e la coscienza. La corteccia corticale provvede anche all’integrazione e alla supervisione dell’attività del SNA, integrando le funzioni somatiche e vegetative, tra cui quelle dei sistemi cardiovascolare e gastrointestinale.

Sistema limbico

L’ippocampo, il complesso amigdaloideo, il setto pellucido, l’ipotalamo, i lobi olfattorio e piriforme, i gangli della base e parti del talamo, sono talvolta detti cervello viscerale. Queste strutture, situate al di sotto del mantello corticale, integrano, con le loro azioni complesse, lo stato emotivo con le attività motorie e viscerali. Il neostriato comprende il nucleo caudato, il putamen e il globo pallido, formando un settore essenziale del sistema motorio extrapiramidale. Questo sistema è complementare alla funzione del sistema motorio piramidale (o volontario): un danno a carico del sistema extrapiramidale deprime la capacità di iniziare movimenti volontari e causa disturbi caratterizzati da movimenti involontari, come i tremori e la rigidità tipici del morbo di Parkinson. Analogamente, l’ippocampo può avere un’importanza cruciale nella formazione della memoria degli eventi recenti, poiché questa funzione va perduta nei pazienti con un vasto danno bilaterale all’ippocampo o con morbo di Alzheimer, nel quale si ha distruzione della struttura intrinseca dell’ippocampo.

Talamo

Il talamo è situato al centro dell’encefalo, al di sotto della corteccia cerebrale e dei gangli della base e al di sopra dell’ipotalamo. I neuroni del talamo sono organizzati in raggruppamenti distinti, o nuclei (nuclei del talamo). I nuclei del talamo agiscono da relè tra le vie sensoriali afferenti e la corteccia cerebrale, tra le distinte regioni del talamo e l’ipotalamo, e tra i gangli della base e le aree di associazione della corteccia cerebrale.

Ipotalamo

L’ipotalamo è la principale regione di integrazione per l’intero SNA e regola, tra le altre funzioni, la temperatura corporea, il bilancio idrico, il metabolismo intermedio, la pressione arteriosa, i cicli sessuali e circadiani, la secrezione dell’adenoipofisi, il sonno e l’emotività.

Mesencefalo e tronco dell'encefalo

Il mesencefalo, il ponte di Varolio e il midollo allungato (o il bulbo spinale) connettono gli emisferi cerebrali e il complesso talamo-ipotalamo con il midollo spinale. Questi tratti “ponte” del SNC contengono la maggior parte dei nuclei dei nervi cranici, nonché la maggior parte delle vie afferenti ed efferenti che entrano nella corteccia e nel sistema reticolare di attivazione, il quale è una regione di sostanza grigia, che collega gli stimoli sensoriali e motori periferici con i livelli superiori di integrazione nervosa. I principali neuroni cerebrali contenenti monoammine si trovano in questa zona. Queste regioni costituiscono, nel loro insieme, delle aree di integrazione centrale per la coordinazione degli atti riflessi essenziali, come il deglutire e il vomitare e quelli in cui intervengono i sistemi cardiovascolare e respiratorio; queste aree comprendono anche le regioni primarie deputate alla ricezione della maggior parte delle informazioni sensoriali afferenti viscerali.

Cervelletto

Svolge un ruolo importante nel mantenimento della postura appropriata del corpo nello spazio. Oltre a mantenere il tono appropriato della muscolatura che si oppone alla forza di gravità e a fornire una retroazione continua durante i movimenti volontari del tronco e delle estremità, il cervelletto può anche regolare la frequenza cardiaca, per assicurare un appropriato flusso sanguigno nonostante i cambiamenti di postura.

Midollo spinale

Si estende dall’estremità caudale del midollo allungato alle ultime vertebre lombari. All’interno di questa massa di cellule e fasci nervosi, le informazioni sensoriali provenienti dalla cute, dai muscoli, dalle articolazioni e dai visceri vengono coordinate localmente con motoneuroni e con cellule relè sensoriali primarie che trasmettono segnali ai livelli superiori e da questi ne ricevono. Il midollo spinale è suddiviso in segmenti anatomici (cervicale, toracico, lombare e sacrale) che corrispondono alle suddivisioni dei nervi periferici e della colonna vertebrale. I fasci ascendenti e discendenti del midollo spinale decorrono all’interno della sostanza bianca al bordo del midollo stesso, mentre le connessioni intersegmentali e i contatti sinaptici sono concentrati entro la massa interna di sostanza grigia, a forma di H. Le informazioni sensoriali fluiscono entro il midollo spinale, mentre le informazioni motorie effluiscono dalla porzione ventrale.

Microanatomia dell'encefalo: organizzazione cellulare dell'encefalo

Possiamo fare tre classificazioni:

Nella prima, nelle vie sensoriali e motorie primarie si trovano tipicamente organizzazioni neuronali gerarchiche lunghe. Qui la trasmissione delle informazioni è altamente sequenziale e tra i neuroni interconnessi intercorrono relazioni gerarchiche. I recettori primari (situati nella retina, nell’orecchio interno, nell’epitelio olfattorio, nella lingua, nella cute) trasmettono informazioni primarie alle cellule relè primarie, poi alle cellule relè secondarie, e infine ai campi sensoriali primari della corteccia cerebrale. Finora sono stati identificati pochi neurotrasmettitori specifici per ognuna delle principali connessioni delle vie sensoriali o motorie. L’ultima giunzione tra motoneurone e muscolo usa come neurotrasmettitore l’acetilcolina, mentre in alcuni neuroni sensoriali possono fungere da neurotrasmettitori la sostanza B e altri peptidi.

La seconda organizzazione è utilizzata da neuroni le cui connessioni si stabiliscono principalmente nelle immediate vicinanze della posizione in cui sono localizzati. Tali neuroni a circuito locale sono spesso piccoli e possono avere pochissimi prolungamenti. Si ritiene che regolino il flusso di informazioni attraverso il loro ristretto dominio spaziale e possono farlo senza generare potenziali d’azione. I neuroni a circuito locale usano molte differenti sostanze trasmettitrici, tra cui gli amminoacidi gamma-aminobutirrato (GABA), glicina, glutammato e aspartato, nonché parecchie famiglie di peptidi.

Una terza modalità di organizzazione è utilizzata da alcuni sistemi neuronali dell’ipotalamo, del ponte e del tronco cerebrale. Questi sistemi contengono o una monoamina, la noradrenalina, la dopamina, o la serotonina, o uno di vari peptidi. Questi comprendono la vasopressina, l’ossitocina, la beta-endorfina, l’ormone liberatore della corticotropina o l’ormone liberatore dell’ormone della crescita.

Biologia cellulare dei neuroni

I neuroni sono l’unità funzionale del sistema nervoso, cioè sono la struttura più piccola in grado di svolgere le funzioni di un sistema. Hanno una conformazione particolare, con lunghi processi che escono dal corpo cellulare. Questi processi di solito vengono detti dendriti se ricevono segnali dall’esterno, o assoni se trasportano informazioni in uscita. I neuroni sono classificati secondo la funzione (neuroni sensoriale o afferente, interneurone e neuroni efferenti, quest’ultimi motori somatici e autonomici), la sede o il tipo di trasmettitore che sintetizzano e rilasciano. I neuroni presentano caratteristiche citologiche chimiche di cellule secretorie altamente attive con grossi nuclei; elevate quantità di reticolo endoplasmatico liscio e rugoso; sviluppo del reticolo endoplasmatico liscio specializzato (complesso di Golgi), in cui i prodotti della cellula sono immagazzinati in organuli associati alle membrane per il trasporto dal corpo cellulare proprio agli assoni e ai dendriti.

I neuroni possono essere anche classificati da un punto di vista strutturale: in questo caso la classificazione si basa sul numero di processi che si dipartono dal corpo cellulare; i neuroni potranno essere pseudounipolari (assone e dentriti si fondono durante lo sviluppo per creare un unico lungo processo), bipolari (un unico assone e un unico dendrite), multipolari (molti dendriti e assoni ramificati), anassonici (privi di assone identificabile).

I neuroni sensoriali conducono informazioni sulla temperatura, pressione, luce e su altri stimoli, dai recettori sensoriali al SNC; nella sezione autonomica, alcuni neuroni hanno regioni dilatate lungo l’assone, dette varicosità che immagazzinano e rilasciano neurotrasmettitori. La maggior parte dei neuroni periferici ha un unico assone che origina in una regione specializzata del corpo cellulare, detto monticolo assonico. Gli assoni spesso hanno ramificazioni sparse per tutta la loro lunghezza, formando ramificazioni collaterali. Ogni ramificazione collaterale termina in un rigonfiamento, detto terminale assonico. La regione in cui un terminale assonico incontra una cellula bersaglio è detta sinapsi. Quindi, i siti di comunicazione interneurale nel SNC sono chiamati sinapsi. La funzione principale di un assone è quella di trasmettere segnali elettrici in uscita dal centro di integrazione del neurone all’estremità dell’assone stesso. All’estremità distale dell’assone, il segnale elettrico di norma si traduce in segnale chimico, grazie alla secrezione di un neurotrasmettitore. Il neurone che trasmette il segnale alla sinapsi è detto cellula presinaptica, mentre la cellula che riceve il segnale è detta cellula postsinaptica. Lo stretto spazio tra due cellule si chiama fessura sinaptica. I neuroni e le loro estensioni cellulari sono ricchi in microtubuli che sostengono la complessa struttura cellulare e partecipano al trasporto bidirezionale di macromolecole essenziali e di organuli tra il corpo cellulare e gli assoni o dendriti distanti. Sebbene le sinapsi siano funzionalmente analoghe alle “giunzioni” nei sistemi nervoso somatico, motorio e autonomo, le giunzioni centrali contengono una serie di specifiche proteine che si presumono siano zone attive per il rilascio di trasmettitori e per la risposta. Come le giunzioni periferiche, le sinapsi centrali sono inoltre caratterizzate dall’accumulo di piccoli organuli, noti come vescicole sinaptiche. Le proteine delle vescicole sinaptiche hanno ruoli specifici nell’accumulo di trasmettitori, nell’ancoraggio delle vescicole alla membrana presinaptica, nella secrezione voltaggio- e calcio-dipendente e nel riciclo e riaccumulo del trasmettitore rilasciato.

Cellule di supporto

Oltre ai neuroni le altre cellule del SNC sono elementi cellulari di supporto: macroglia, microglia. La macroglia è caratterizzata da abbondanti cellule di supporto; alcune sono definite astrociti (cellule non neuronali interposte tra i vasi e i neuroni, spesso circondati in complessi sinaptici). Gli astrociti intervengono nel rifornimento di intermedi energetici e nella rimozione supplementare dei neurotrasmettitori riversati nello spazio extracellulare. L’oligodendroglia, una seconda categoria di macroglia, è costituita dalle cellule che producono la mielina. La mielina, costituita da strati multipli delle membrane cellulari degli oligodendrociti, permette l’isolamento bioelettrico di segmenti di lunghi assoni e accelera la velocità di conduzione del potenziale d’azione. La microglia è costituita da cellule di supporto relativamente non caratterizzate che si ritiene derivino dal mesoderma e siano di origine macrofagica/monocitica.

Barriera ematoencefalica

Se si escludono i casi in cui i farmaci vengono introdotti direttamente nel SNC, la concentrazione di un farmaco nel sangue dopo somministrazione orale o parenterale differisce sostanzialmente dalla sua concentrazione nell’encefalo. La BEE rappresenta un importante confine tra la periferia e il SNC nella forma di una barriera di permeabilità alla diffusione passiva di sostanze dal circolo alle varie regioni del SNC. Questa barriera è inesistente nel SNP. Mentre la BEE impone una drastica limitazione alla diffusione di macromolecole dalla circolazione ematica all’encefalo, esistono anche barriere selettivamente permeabili per l’ingresso e la fuoriuscita dall’encefalo di molecole cariche elettricamente di ridotto PM come i neurotrasmettitori, i loro precursori e metaboliti e alcuni farmaci.

Il sistema nervoso periferico

Comprende: la componente afferente (ciò che arriva; componente sensoriale) e la componente efferente (ciò che parte). La componente efferente è formata da: sistema nervoso somatico e sistema nervoso autonomo.

Il sistema nervoso somatico

• Controlla le funzioni volontarie (es. camminare ecc).
• Abbiamo un singolo motoneurone senza la mediazione gangliare, quindi senza la mediazione del ganglio.
• Le connessioni sinaitiche sono localizzate unicamente all’interno dell’asse cerebro-spinale.

Il sistema nervoso autonomo

Il sistema nervoso autonomo, anche detto viscerale, vegetativo o sistema nervoso involontario, è diffusamente distribuito lungo il corpo e regola le funzioni nervose autonome che si verificano indipendentemente dal controllo della coscienza. In periferia questo sistema è costituito dai nervi, dai gangli e dai plessi che innervano il cuore, i vasi sanguigni, le ghiandole, altri organi viscerali e la muscolatura liscia in vari tessuti. Quindi:

• È involontario (regola le funzioni che non sono sotto il controllo della coscienza; funzioni viscerali).
• È costituito da gangli, quindi neurone pregangliare e postgangliare.

Un ganglio è un sistema integrato, una piccola stazione, dove ci sono una serie di connessioni asso-dentritiche, e il SNA è caratterizzato da queste stazioni gangliari, che si formano a contatto fra un neurone pregangliare e un neurone postgangliare. Quindi un ganglio è una rete complessa o meglio è un insieme di sinapsi asso-dentritiche, perché un assone arriva e prende contatto con dei dendriti.

Differenze tra i nervi autonomi e i nervi somatici

I nervi efferenti del SNA servono tutte le strutture innervate dell’organismo, eccetto i muscoli scheletrici che sono controllati dai nervi somatici. Le giunzioni sinaitiche più distali nell’arco riflesso autonomo sono site in gangli localizzati interamente al di fuori dell’asse cerebro-spinale. I nervi somatici non hanno gangli periferici e le connessioni sinaitiche sono localizzate interamente entro l’asse cerebro-spinale. Molti nervi autonomi formano estesi plessi periferici, mentre questo tipo di strutture è assente nel sistema somatico. I nervi dei muscoli scheletrici sono mielinizzati, mentre le terminazioni nervose postgangliari autonome sono in genere non mielinizzate. Se i nervi spinali efferenti vengono interrotti (es. se taglio un motoneurone), i muscoli scheletrici da essi innervati perdono il tono muscolare, sono paralizzati e vanno incontro ad atrofia, questo perché il muscolo non ha nessun grado di autonomia, quindi la contrazione muscolare non può avvenire se non arriva questo impulso nervoso; mentre nel caso del SNA se si denerva una fibra autonoma l’organo continua parzialmente a funzionare, mantiene una certa autonomia, quindi la muscolatura liscia e le ghiandole presentano sempre un certo livello di attività spontanea indipendente dall’integrità dell’innervazione.

Fibre afferenti viscerali

Le fibre afferenti da strutture viscerali sono il primo anello degli archi riflessi del SNA. Con alcune eccezioni tra cui i riflessi assonici locali, molti dei riflessi viscerali sono mediati dal SNC. Le informazioni riguardanti lo stato degli organi viscerali vengono trasmesse al SNC attraverso due principali sistemi sensoriali: il sistema sensoriale viscerale dei nervi craniali (parasimpatico) e il sistema viscerale afferente spinale (somatico). Il sistema sensoriale viscerale craniale veicola principalmente le informazioni inerenti ai meccanocettori e ai chemocettori; le afferenze del sistema viscerale spinale trasmettono in particolare delle sensazioni che derivano da variazioni della temperatura e dagli insulti di origine meccanica, chimica o termica ai tessuti.

Sistema viscerale craniale

Le informazioni trasmesse dal sistema viscerale craniale arrivano al SNC attraverso quattro nervi cranici:

• Il trigemino (V)
• Il facciale (VII)
• Il glossofaringeo (IX)
• Il nervo vago (X)

Questi quattro nervi cranici trasmettono le informazioni sensoriali viscerali a partire dalla porzione del sistema nervoso centrale.