Fisiologia dello sport

Fisiologia lezione 1

Tessuto muscolare e connessione con il SNC

Il tessuto muscolare funziona poiché è in stretta connessione con il SNC. Per quanto riguarda il tessuto muscolare cardiaco e liscio, anch’essi sono in connessione con il SNC ma in maniera differente. La maggiore differenza tra questi tessuti è la tipologia di contrazione: il muscolo scheletrico, nella maggior parte delle volte, ad eccezione del caso dei riflessi, si contrae in maniera volontaria mentre la muscolatura liscia si contrae in maniera indipendente dalla nostra volontà.

Il sistema nervoso centrale

Il SNC è costituito da due aree importanti:

• Encefalo: a sua volta suddiviso in varie zone
• Midollo spinale: è contenuto nella colonna vertebrale

Il ruolo del SNC è quello di ricevere input, o afferenze, dalla periferia del nostro corpo provenienti dalla sensibilità somatica, come ad esempio quelli della cute, dagli organi di senso e dalla sensibilità viscerale. La sensibilità viscerale è di tipo incosciente, anche se non necessariamente cosciente dal SNC come avviene per gli organi di senso.

Il SNC raccoglie le afferenze sensoriali che arrivano da ogni parte del nostro corpo, le elabora e determina risposte adeguate alla situazione circostante. Queste decisioni sono prese in base a proprietà legate alla sopravvivenza, stabilendo una gerarchia di priorità.

Risposta del sistema nervoso centrale

La risposta che viene generata prende il nome di afferenza/output. Queste viaggiano dal SNC ai vari organi bersaglio mediante vie differenti che sono:

• Sistema nervoso autonomo: si distingue in due branche:
  • Sistema nervoso simpatico
  • Sistema nervoso parasimpatico
• Sistema nervoso somatico: è la parte del sistema nervoso periferico (SNP) dedicata al muscolo scheletrico

Nel complesso, il sistema simpatico e parasimpatico lavorano in simbiosi innervando il tessuto muscolare cardiaco, le ghiandole, e il tessuto muscolare liscio.

Sistema nervoso periferico

Sia le afferenze che le efferenze, ovvero tutto ciò che è al di fuori del SNC, nel complesso prende il nome di sistema nervoso periferico. Il movimento non è da intendere solo quello compiuto dal muscolo scheletrico volontario ma anche quello della muscolatura liscia e cardiaca. Il sistema nervoso autonomo è di estrema importanza nella vita vegetativa, ovvero la regolazione dell’attività dei nostri organi interni, mentre il sistema nervoso somatico è deputato alle efferenti che raggiungono il muscolo scheletrico.

Tutti i nervi periferici prendono origine come nervi spinali o nervi cranici a seconda della regione di uscita dalla colonna vertebrale. Questi nervi hanno il compito di portare informazione sia dal SNC alla periferia che il contrario, riguardano la vita di relazione.

Suddivisione del SNC e SNP

Il SNP comprende una parte volontaria composta dai nervi spinali e dei nervi cranici e una parte di SNA composta da nervi simpatici e parasimpatici. I nervi cranici sono 12 paia e si dirigono verso gli organi di senso della testa, mentre i nervi spinali sono 31 paia, partono dal midollo spinale e raggiungono tutti i distretti del corpo. Si tratta di nervi misti, ovvero nella loro struttura fascicolata possiamo distinguere una componente sensoriale ed una motoria. In questi nervi ci sono assoni che portano afferenze al SNC e contemporaneamente degli assoni che portano efferenze dal SNC verso la periferia.

Sistema nervoso autonomo

Il SNA è composto da nervi simpatici e parasimpatici. I nervi simpatici hanno lo scopo di stimolare il corpo in situazioni di stress mentre i parasimpatici hanno azione contraria.

La reazione di attacco-fuga

Lo stimolo che stimola questa reazione è lo stress. Serve ad attivare tutta una serie di aggiustamenti e adattamenti al fine di rendere il corpo il più performante possibile. La reazione di attacco è mediata dal sistema nervoso autonomo, in particolar modo dal sistema nervoso simpatico mediante una forte produzione di neurotrasmettitori come la noradrenalina che a sua volta stimola la produzione di un ormone chiamato adrenalina. I loro effetti si manifestano su:

• Cuore: aumento flusso, battito e forza di contrazione
• Sistema circolatorio: vasocostrizione/dilatazione selezionata
• Aumento del campo visivo

Nel momento della fine dello stimolo stressante, interviene il parasimpatico per riportare una situazione di equilibrio.

Il sistema nervoso centrale

È costituito dal cervello caratterizzato dalla presenza della corteccia cerebrale, con un elevato numero di circonvoluzioni al fine di aumentare l’area di superficie senza eccedere nello spazio. La corteccia cerebrale è composta da neuroni, al di sotto si trova una struttura chiamata diencefalo, composta a sua volta da altre strutture come:

• Talamo
• Ipotalamo
• Gangli della base

Al di sotto del cervello si trova una struttura chiamata tronco dell’encefalo che, partendo dal basso verso l’alto, include diverse strutture: bulbo, ponte e mesencefalo. Un’altra struttura contenuta nella scatola cranica è il cervelletto, anch’essa composta da una corteccia chiamata corteccia cerebellare, con una funzione estremamente importante nel controllo dei movimenti in fase di esecuzione. Il midollo spinale prende origine dal bulbo o dal midollo allungato.

La corteccia cerebrale è divisa in diverse aree caratterizzate da funzioni diverse. Ritroviamo una corteccia sensoriale ed una motoria, che prendono origine dal solco centrale. Posteriormente al solco centrale ritroviamo la corteccia motoria, mentre anteriormente ritroviamo la corteccia sensoriale.

La corteccia motoria ospita i neuroni deputati alla creazione del movimento volontario, mentre la corteccia sensoriale è quella porzione della corteccia cerebrale dalla quale arrivano tutte le informazioni sensoriali provenienti dal nostro corpo. Questa zona può essere ulteriormente suddivisa in:

• Visiva
• Vestibolare
• Gusto
• Uditiva
• Linguaggio

Anatomicamente, suddividiamo la corteccia in:

• Lobo frontale
• Lobo temporale: lateralmente
• Lobo parietale
• Lobo occipitale

Nell’immagine ritroviamo una rappresentazione somatotopica degli homunculus. Il numero di unità motorie presenti nei vari distretti corporei è differenziato a seconda delle tipologie di movimenti che possono compiere.

I nervi cranici

I nervi cranici o nervi encefalici sono un gruppo di fasci nervosi che originano direttamente dall'encefalo, più precisamente dal tronco encefalico. Fanno parte del sistema nervoso periferico. Nell'uomo adulto, fisiologicamente sono presenti 13 paia di nervi cranici (26 nervi in totale). I nervi cranici forniscono innervazione motoria e sensoriale principalmente alle strutture all'interno del cranio e del collo. L'innervazione sensoriale include sia la sensazione "generale", come la temperatura e il tatto, sia l'innervazione "specifica" come gusto, vista, odore, equilibrio e udito. Si distinguono dai nervi spinali.

Il midollo spinale

È contenuto nella colonna vertebrale ed è formato da una zona di sostanza grigia a forma di farfalla, costituita dai corpi cellulari dei neuroni del midollo. Attorno si trova la sostanza bianca, formata da cellule mielinizzate, che costituiscono i fasci ascendenti che portano informazioni alla corteccia cerebrale e fasci discendenti che portano il comando in periferia. Il midollo spinale è la parte del SNC da cui partono i nervi che hanno la componente motoria e che servono ad innervare i muscoli.

Nel midollo spinale si distingue un corno dorsale della sostanza grigia ed un corno ventrale della sostanza grigia. Sia dal corno dorsale che dal corno ventrale partono dei nervi spinali, per cui si può dedurre che la componente sensoriale entra nel midollo dal corno dorsale, mentre i comandi motori diretti ai muscoli fuoriescono dal corno anteriore o ventrale. Originano proprio da qui poiché qui si trovano i corpi cellulari dei motoneuroni alfa, che costituiscono la via finale del comando motorio dal SNC. La corteccia motoria primaria invia potenziali d’azione per attivare i motoneuroni alfa nel midollo, da cui partirà l’impulso per il muscolo scheletrico. I lunghi assoni dei motoneuroni alfa faranno parte dei nervi che innerveranno i muscoli.

A seconda della frequenza dei potenziali d’azione prodotti dalla corteccia motoria primaria, il motoneurone sarà capace di leggere la frequenza e riprodurla nel muscolo, facendo contrarre il muscolo con una potenza proporzionale alla frequenza dei potenziali d’azione. A ogni segmento del midollo spinale corrisponde un paio di nervi spinali. I nervi spinali corrispondono ai nervi uscenti dalle porzioni laterali del midollo spinale lungo il decorso della colonna vertebrale, attraversando i fori intervertebrali. Sono 31 paia e sono dotati di una radice sensitiva dorsale, uscente dal solco postero-laterale, e di una radice motoria ventrale, uscente dal solco antero-laterale. I nervi spinali sono nervi misti, quindi possiedono funzioni sia motorie che sensitive. La componente motoria dei nervi spinali fa capo al corno ventrale, mentre la componente sensitiva deriva dal corno dorsale.

I punti d'emergenza delle fibre nervose provenienti dal corno ventrale e dal corno dorsale sono detti, rispettivamente, radici ventrali e radici dorsali. Nel suo primissimo tratto, ogni nervo spinale è diviso in due rami: un ramo che racchiude al proprio interno gli assoni innervanti i muscoli scheletrici e viscerali e un ramo che comprende in sé gli assoni delle cellule nervose sensitive.

Sistema nervoso autonomo

Nel SNA, che innerva i visceri e la muscolatura liscia, sono presenti delle strutture parallele al midollo spinale che trasmettono impulsi relativi all'attivazione o annullamento di determinate azioni. Questo è suddiviso in simpatico e parasimpatico. Il simpatico prende origine dalla regione toracica e lombare e prende il nome di neuroni pre-gangliari. Vi è un'altra struttura autonoma e parallela al midollo spinale, che prende il nome di colonna paravertebrale, costituita dai gangli del sistema nervoso simpatico. Da questi gangli nella regione cervicale prendono origine dei nervi che andranno ad innervare organi bersaglio quali pupilla, ghiandole salivari, ghiandole dei bronchi, cuore, sistema digerente, ecc.

Il parasimpatico prende origine direttamente dal midollo spinale, in particolare nella zona cervicale e sacrale. Da qui i nervi vanno verso gangli che si trovano in prossimità degli organi bersaglio. A differenza del SNS, i gangli paravertebrali si trovano più vicini agli organi bersaglio.

Funzioni del sistema nervoso autonomo

Il sistema parasimpatico controlla le funzioni dell'organismo a riposo e le reazioni riflesse. Per farlo, agisce sui muscoli lisci (ad esempio quelli nella pelle attorno ai follicoli piliferi, quelli attorno ai vasi sanguigni, determinando il tono basale. Quando aumenta l’attività del simpatico, abbiamo un aumento della contrazione di quella muscolatura, per cui diminuisce il calibro portando a una vasocostrizione, importante per la regolazione della pressione arteriosa), e su quello cardiaco.

Il sistema simpatico e quello parasimpatico esercitano sui loro bersagli un effetto opposto. In questo modo controllano funzioni come la dilatazione delle pupille, la produzione della saliva e del muco, la frequenza cardiaca, la contrazione dei muscoli dei bronchi, i movimenti di stomaco e intestino, l'accumulo di glicogeno nel fegato, la produzione dell'urina, il rilassamento della parete della vescica e l'apertura del suo sfintere.

Origine del sistema nervoso simpatico

Il sistema nervoso simpatico origina dal midollo spinale, in particolare a livello delle zone toraciche e lombari. I prolungamenti dei neuroni qui presenti si dirigono verso una serie di strutture, i gangli paravertebrali, localizzati vicino al midollo spinale. Per questo si parla di fibre pre-gangliari (quelle che originano nel midollo) e di fibre post-gangliari (quelle che partono dal ganglio). Queste ultime si dirigono verso un muscolo o una ghiandola.

Origine del sistema nervoso parasimpatico

I corpi dei neuroni del sistema parasimpatico si trovano nella regione sacrale del midollo spinale e nel midollo allungato del tronco encefalico, dove i nervi cranici III, VII, IX e X formano le fibre pre-gangliari parasimpatiche. Queste e quelle che originano dal midollo spinale si dirigono verso gangli molto vicini all'organo che devono controllare. Da qui le fibre post-gangliari si dirigono direttamente verso l'organo bersaglio.

Sistema nervoso periferico somatico

Dal corpo cellulare del motoneurone alfa che si trova nel midollo spinale (SNC), gli assoni lasciano il SNC per andare ad innervare i muscoli scheletrici. Nel SN autonomo troviamo una struttura composta da: SNC nel midollo, i neuroni pregangliari che si dirigono con le fibre pre-gangliari ai gangli del SNA da cui alcuni neuroni fanno partire degli assoni che vanno agli organi bersaglio e si chiamano fibre postgangliari.

I neurotrasmettitori del SNA

Si distinguono neurotrasmettitori pre e post gangliari. Nel SNS, il neurone che va dal SNC al ganglio fa una sinapsi con il neurone gangliare ed utilizza come neurotrasmettitore l’acetilcolina (AcH). Il neurone post gangliare che va a fare sinapsi con l’organo bersaglio utilizza come neurotrasmettitore la noradrenalina.

Vi è un caso particolare nel quale un neurone pre gangliare dal SNC va a fare sinapsi con la ghiandola surrenale. Il surrene è adibito alla produzione dell’adrenalina, e questa sinapsi ha come neurotrasmettitore l’Ach. L’adrenalina poi verrà utilizzata come neurotrasmettitore negli organi bersaglio, svolgendo la sua azione insieme alla noradrenalina, potenziando il SNS.

Nel SN parasimpatico, dal SNC nel neurone pre-gangliare, la sinapsi avviene in prossimità dell’organo bersaglio. La sinapsi pre-gangliare è ad AcH, mentre la sinapsi post gangliare è ad AcH. Quello che cambia è il recettore sull’organo bersaglio, che è diverso dal recettore per AcH che si trova sul ganglio.

Midollo spinale e neuroni

Nel midollo spinale, nel corno dorsale entrano le informazioni sensoriali mentre dalle corna anteriore o ventrali si trovano la zona motoria con la presenza su tutta la lunghezza del midollo spinale dei motoneuroni alfa, dai quali fuoriesce l’assone che va ad innervare la diversa muscolatura scheletrica.

I neuroni che fanno parte del midollo spinale sono:

• Motoneuroni alfa
• Motoneuroni gamma: sono molto specifici ed innervano solo i fusi neuromuscolari
• Interneuroni: sono neuroni che non hanno né entrate né uscite dal midollo spinale ma mettono in comunicazione i motoneuroni con i centri superiori, ovvero con l’encefalo

Ci sono alcuni segnali sensoriali provenienti dalla periferia che terminano direttamente sui motoneuroni, così come input provenienti dai centri superiori sono pochi quelli che terminano direttamente sui motoneuroni. La maggior parte dei segnali sia sensoriali che provenienti dai centri superiori arrivano sugli interneuroni e da qui vengono smistati nelle varie zone del midollo spinale, in questo caso sui motoneuroni alfa e gamma.

Il fenomeno della divergenza: da un unico neurone vengono coinvolti più neuroni. Un'altra tipologia di circuito esistente è l’inversione del circuito, dove vi è un neurone sensoriale che rimanda il segnale eccitatorio e, contemporaneamente, mediante una via discendente dai centri superiori possono arrivare afferenze che inibiscono il segnale precedentemente inviato (es. quando tocchiamo una fonte dolorifica che non si può distogliere).

Nel caso della convergenza, si osserva l’arrivo di diverse informazioni provenienti da vie discendenti, da un interneurone o da un neurone sensoriale. Queste info arrivano contemporaneamente e il motoneurone “decide” se far partire o meno il segnale.

Motoneuroni spinali

Tutti i comandi motori provenienti dai centri superiori o provenienti localmente dal midollo spinale convergono sui motoneuroni spinali. Qualsiasi movimento derivante dalla contrazione dei muscoli volontari necessita dell’attivazione dei motoneuroni, che sono la via finale comune dei sistemi motori e delle attività integrative del SNC. Tutte le nostre azioni hanno origine da uno stimolo sensoriale (es. ho freddo, mi devo mettere una giacca, aziono le vie motorie).

Oltre all’info sensoriale, vi sono anche le esperienze pregresse che rendono maggiormente coscienti delle situazioni del mondo esterno. Tutte queste componenti fanno sì che si possa elaborare una sequenza motoria il più adeguata possibile alla situazione, comportando l’attivazione di vari fasci di motoneuroni. Ciascun motoneurone innerva un certo numero di fibre muscolari. L'insieme del motoneurone e delle fibre muscolari da esso innervato prende il nome di unità motoria.

I motoneuroni sono organizzati in pool o famiglie organizzati in colonne longitudinali che attraversano uno o più segmenti. I differenti pool di motoneuroni sono disposti all’interno di ciascuna lamina secondo un’organizzazione topografica. Esistono due gradienti:

• Medio laterale/prossimo distale: a seconda della posizione, i motoneuroni innervano i muscoli prossimi o distali.
• Gradiente verticale/dorso ventrale/flessori estensori

Il gruppo mediale si trova per tutta la lunghezza del midollo spinale, mentre il gruppo laterale si trova nelle porzioni cervicali e lombari del midollo spinale, dato che andrà ad innervare i muscoli del cingolo scapolare e i muscoli distali estensori e flessori.