Prima lezione Fisiologia dei sistemi

I neurotrasmettitori si classificano in diverse categorie a seconda della loro struttura chimica e delle loro

funzioni:

 Aminoacidi: comprendono il glutammato (principale neurotrasmettitore eccitatorio del sistema

nervoso centrale) e il GABA (principale neurotrasmettitore inibitorio). Questi neurotrasmettitori

agiscono prevalentemente tramite recettori ionotropi e sono responsabili della maggior parte delle

trasmissioni sinaptiche rapide.

 Ammine biogene: includono dopamina, noradrenalina, adrenalina, serotonina e istamina. Sono derivati

da amminoacidi e agiscono tramite recettori metabotropi. Svolgono ruoli chiave nella regolazione

dell’umore, del sonno, dell’attenzione e del comportamento motorio.

 Acetilcolina: è il principale neurotrasmettitore del sistema nervoso periferico, coinvolto nella

trasmissione neuromuscolare e nelle sinapsi del sistema nervoso autonomo.

 Neuropeptidi: come la sostanza P, l’endorfina e la colecistochinina, sono peptidi di maggiore

dimensione rispetto ai neurotrasmettitori classici e agiscono prevalentemente tramite recettori

metabotropi. Hanno effetti neuromodulatori prolungati.

 Gas: come ossido nitrico e monossido di carbonio, non vengono immagazzinati in vescicole ma

diffondono liberamente attraverso le membrane cellulari, agendo come messaggeri retrogradi.

Plasticità sinaptica

Un aspetto cruciale della trasmissione sinaptica è la sua plasticità, ovvero la capacità delle sinapsi di modificare

la propria efficacia in risposta all’attività. Tale fenomeno è alla base dell’apprendimento e della memoria e si

manifesta in diverse forme, tra cui:

 Potenziamento a lungo termine (LTP): aumento prolungato dell’efficacia sinaptica in seguito a

stimolazione ripetuta o intensa. È stato descritto soprattutto nelle sinapsi glutamatergiche

dell’ippocampo.

 Depressione a lungo termine (LTD): riduzione dell’efficacia sinaptica dovuta a specifici pattern di

stimolazione.

 Facilitazione e depressione a breve termine: modificazioni transitorie dell’efficacia sinaptica dovute

a cambiamenti nel rilascio del neurotrasmettitore o nella sensibilità dei recettori.

Questi fenomeni dipendono da modificazioni molecolari e strutturali che coinvolgono la densità dei recettori

postsinaptici, la quantità di neurotrasmettitore rilasciato e la riorganizzazione della struttura sinaptica.

Sinapsi neuromuscolare

Un caso particolare di sinapsi è rappresentato dalla giunzione neuromuscolare, che connette i motoneuroni con

le fibre muscolari scheletriche. In questa sinapsi, il neurotrasmettitore è sempre l’acetilcolina, che si lega a

recettori nicotinici presenti sulla membrana della fibra muscolare (sarcolemma), determinando la

depolarizzazione della placca motrice e l’innesco della contrazione muscolare.

La trasmissione è estremamente efficiente e la quantità di acetilcolina rilasciata è sufficiente a garantire la

generazione di un potenziale d’azione muscolare a ogni stimolo nervoso.

Ruolo delle cellule gliali nella sinapsi

Le cellule gliali, in particolare gli astrociti, svolgono un ruolo fondamentale nel funzionamento delle sinapsi

chimiche. Oltre a contribuire alla ricaptazione dei neurotrasmettitori e al mantenimento dell’omeostasi ionica

dello spazio extracellulare, gli astrociti partecipano attivamente alla trasmissione sinaptica formando le

cosiddette sinapsi tripartite, in cui l’elemento gliale si affianca ai compartimenti pre- e postsinaptici.

Gli astrociti possono rilasciare molecole di segnalazione, dette gliotrasmettitori, che modulano l’attività

sinaptica e contribuiscono alla plasticità neuronale.

Nel sistema sensoriale, l’intensità dello stimolo viene codificata principalmente

attraverso la modulazione della frequenza dei potenziali d’azione generati dai neuroni.

Questo meccanismo prende il nome di codice di frequenza. Tuttavia, poiché ogni

neurone ha un limite nella capacità di rispondere a stimoli di intensità crescente, la

codifica dell’intensità richiede anche l’attivazione simultanea di più neuroni sensibili allo

stesso tipo di stimolo, ma con soglie differenti. Tale meccanismo prende il nome di

codice di popolazione o reclutamento neuronale, e consente una rappresentazione

più precisa e continua dell’intensità dello stimolo ricevuto.

Le informazioni sensoriali sono elaborate dai neuroni sensoriali e dalle aree sensoriali

specifiche del sistema nervoso. Tali neuroni svolgono numerose funzioni fondamentali:

captano lo stimolo attraverso i recettori specifici, lo trasducono in segnali elettrici,

amplificano il segnale, lo trasmettono lungo le vie afferenti e lo codificano in modo che il

sistema nervoso centrale (SNC) sia in grado di identificarne la natura. I parametri

codificati comprendono l’intensità, la localizzazione spaziale, la durata dello stimolo

e la tipologia dello stesso. Tutte queste informazioni sono integrate nelle vie sensoriali e

concorrono alla formazione di una risposta motoria adeguata da parte delle aree motorie,

le quali sono in grado di inviare comandi grazie all’integrazione delle informazioni

ricevute.

Il sistema nervoso può essere suddiviso anatomicamente in due grandi componenti: il

sistema nervoso centrale (SNC) e il sistema nervoso periferico (SNP). Il SNC è

costituito dal cervello (o encefalo) e dal midollo spinale, mentre il SNP comprende i

nervi e i gangli, ed è ulteriormente suddiviso in sistema periferico somatico e

periferico autonomo.

Il sistema periferico somatico ha come bersaglio esclusivo la muscolatura

scheletrica, ed è coinvolto nel controllo motorio volontario. Il sistema periferico

autonomo, invece, si occupa dell’innervazione degli organi interni e si suddivide a sua

volta in tre componenti: simpatico, parasimpatico e enterico. Quest’ultimo, sebbene

rientri nella categoria dell’autonomo, è spesso considerato a sé stante per la sua

capacità di operare in modo relativamente indipendente dal resto del sistema nervoso,

motivo per cui viene talvolta definito "secondo cervello". Esso è deputato al controllo

delle funzioni gastrointestinali.

Il sistema simpatico e quello parasimpatico mostrano spesso azioni antagoniste: uno

stimola una funzione mentre l’altro tende a inibirla. Tuttavia, esistono eccezioni a questa

regola generale. Un esempio rilevante è rappresentato dalla muscolatura liscia

vascolare, che è innervata esclusivamente dal sistema simpatico. Questo fatto

dimostra che l'antagonismo simpatico-parasimpatico non è sempre presente in tutti i

distretti corporei.

Dal punto di vista strutturale, il sistema nervoso centrale comprende oltre al cervello e al

midollo spinale anche nuclei e gangli, che costituiscono punti fondamentali per

l’elaborazione e la ritrasmissione del segnale. I gangli sono aggregati di corpi cellulari

neuronali e rappresentano centri di integrazione dell’informazione, nei quali i segnali

in ingresso possono essere modificati grazie alla presenza di circuiti inibitori che

modulano l'intensità e la qualità del segnale in uscita.

Le informazioni sensoriali vengono trasmesse al sistema nervoso centrale mediante

vie afferenti e, a seguito dell'integrazione centrale, si generano risposte appropriate

attraverso le vie efferenti, le quali raggiungono i rispettivi organi bersaglio: muscoli

striati scheletrici, muscolatura liscia, muscolo cardiaco o ghiandole. Il modello generale

del funzionamento del sistema nervoso si può dunque riassumere nella sequenza:

afferente – integrazione – efferente, con una distribuzione in parallelo delle risposte

in base alla natura del bersaglio.

Le funzioni fondamentali del neurone possono essere traslate all’intero sistema

nervoso. Il neurone è infatti una cellula altamente specializzata che riceve segnali

(principalmente a livello del soma), li integra e, se la sommazione spaziale e temporale

dei segnali ricevuti supera la soglia nella zona di innesco (trigger zone), genera un

potenziale d’azione che viene trasmesso al neurone successivo. A livello macroscopico,

l’intero sistema nervoso segue lo stesso schema: le informazioni vengono captate da

neuroni sensoriali, integrate nel SNC e infine utilizzate per generare una risposta motoria

o vegetativa.

Per quanto riguarda l’anatomia, è utile introdurre alcune nozioni di orientamento

spaziale. Per localizzare le aree del sistema nervoso si utilizzano termini specifici che

variano a seconda dell’asse considerato. In particolare, si impiegano i termini rostrale

(verso il naso), caudale (verso la coda), dorsale (verso il dorso) e ventrale (verso

l’addome). Questi termini risultano più appropriati rispetto ai sinonimi anteriore,

posteriore, superiore e inferiore, sebbene quest’ultimi vengano comunque spesso

utilizzati.

L'orientamento si basa su due principali assi longitudinali: uno che attraversa encefalo

e midollo spinale in direzione rostro-caudale, e un secondo asse perpendicolare al primo,

utilizzato principalmente per descrivere l’orientamento a livello degli emisferi cerebrali.

Per la localizzazione delle aree corticali si utilizzano due scissure principali come

punti di riferimento: la scissura centrale (o solco di Rolando) e la scissura laterale (o

di Silvio). Questi solchi permettono di identificare i principali lobi cerebrali. Il lobo

frontale si colloca anteriormente alla scissura centrale e superiormente a quella

laterale. Il lobo parietale si trova posteriormente alla scissura centrale, mentre il lobo

temporale si estende inferiormente alla scissura laterale. Infine, il lobo occipitale

rappresenta la porzione più posteriore dell’encefalo, delimitata, seppur in maniera

meno evidente, dalla scissura parieto-occipitale.

Proseguendo lungo l’asse caudo-rostrale del sistema nervoso centrale, si incontrano

diverse strutture disposte in sequenza: a partire dal midollo spinale, si prosegue con il

tronco encefalico, suddiviso in bulbo (o midollo allungato), ponte e mesencefalo.

Il bulbo rappresenta la porzione immediatamente superiore al midollo spinale ed è

sinonimo di midollo allungato. Questa struttura è coinvolta nel controllo di funzioni vitali

come la respirazione e la frequenza cardiaca. Il ponte è situato superiormente al bulbo e

serve da collegamento tra diverse aree encefaliche, mentre il mesencefalo rappresenta

la porzione più rostrale del tronco encefalico e partecipa a funzioni visive, uditive e

motorie.

L’identificazione delle strutture del sistema nervoso e la comprensione della loro

organizzazione spaziale risultano essenziali per l’interpretazione dei circuiti funzionali e

per l’analisi delle risposte fisiologiche che esso genera. La nomenclatura corretta e la

conoscenza dei riferimenti ana