Anatomia e fisiologia - tutti i sistemi

Sistema nervoso

Il S.N. è composto da:

• Encefalo (interno del neurocranio) o Sistema Nervoso Centrale (SNC)
• Midollo spinale (interno canale vertebrale)
• Sistema Nervoso Periferico (SNP):
• Nervi: fasci di fibre fasci di assoni (gangli nervosi)
• Si associano i gangli raggruppamento di corpi neuronali che hanno la stessa funzione, situati al di fuori del SNC. Hanno la funzione di collegare il SNC con il SNP.

L'encefalo

È formato da:

• Meningi
• Sostanza grigia (esterna): neurosomi (formano la corteccia), dendriti, sinapsi;
• Sostanza bianca (interna): nuclei, assoni
• Composto da 2 emisferi cerebellari (separati dalla fessura longitudinale). Sul fondo gli emisferi sono connessi dal corpo calloso.
• Avvolto da 3 membrane:
• Dura madre 2 strati:
  • Strato periostale esterno (periostio ossa craniche)
  • Strato meningeo interno (continua nel canale vertebrale per formare il sacco durale)
  Questi 2 strati sono separati dai seni durali che raccolgono il sangue. I seni durali a loro volta si dividono in:
  • Seno sagittale superiore
  • Seno trasverso (orecchie) vene giugulari interne
• Aracnoide:
  • Spazio subaracnoideo: passa il liquido cerebrospinale, vi è il contatto tra pia madre-aracnoide
  • Spazio subdurale: dura madre- aracnoide
• Pia madre: strato più interno

Ha 4 cavità chiamate ventricoli. Sulla parete di ciascun ventricolo si trova il plesso corioideo dove viene prodotto il liquido cerebrospinale. Le cavità di maggiori dimensioni sono i ventricoli laterali che formano un arco in ciascun emisfero. Attraverso il foro interventricolare, ciascun ventricolo laterale è collegato al 3° ventricolo. Da qui un canale (acquedotto mesencefalico) scende attraverso la parte centrale del mesencefalo e si dirige al 4° ventricolo posizionato tra il ponte e il cervelletto.

Il liquido cefalorachidiano (LCR) è un liquido chiaro che riempie i ventricoli e i canali del SNC e bagna la sua superficie esterna. Barriera emato-encefalica (BEE). Il tessuto cerebrale lesionato è essenzialmente insostituibile e quindi il cervello deve essere ben protetto. Per questo motivo c’è un sistema barriera del cervello che regola strettamente quali sostanze passano dal sangue circolante nel liquido del tessuto cerebrale. La BEE sigilla quasi tutti i capillari sanguigni del tessuto cerebrale.

Midollo allungato

Il romboencefalo embrionale si differenzia in 2 suddivisioni:

• Mielencefalo (che forma il midollo allungato): contiene tutte le fibre nervose che si portano dall’encefalo al midollo spinale
• Metencefalo situato nella parte superiore (o anteriore) del romboencefalo.

Il mesencefalo embrionale è formato dal mesencefalo stesso. È un corto segmento del tronco encefalico e si posiziona tra il romboencefalo e il prosencefalo.

Cervelletto

Porzione maggiore del mesencefalo. È connesso all’encefalo, al ponte e al midollo allungato. Ha una corteccia superficiale di sostanza grigia e uno strato più profondo di sostanza bianca. In una sezione sagittale, la sostanza bianca mostra un’organizzazione ramificata a forma di falce arbor vitae. Ciascun emisfero presenta 4 addensamenti di sostanza grigia nuclei intrinseci immersi nella sostanza bianca.

• È connesso al tronco encefalico da 3 paia di peduncoli cerebellari (spessi fasci di fibre nervose che trasportano segnali in ingresso e in uscita dal cervelletto)
• Monitora i movimenti del corpo per mezzo di info che provengono dai muscoli e dalle articolazioni attraverso i fasci spino cerebellari
• I peduncoli trasportano anche info dagli occhi, dalle orecchie, per l’udito e per la percezione della posizione e del movimento.
• Le sue cellule dei granuli sono il tipo di neurone più abbondante dell’encefalo.
• I suoi neuroni più caratteristici restano comunque le cellule del Purkinje i loro assoni si dirigono ai nuclei intrinseci dove contraggono sinapsi con i neuroni efferenti che inviano fibre al tronco encefalico.

Riassumendo

• Midollo allungato (N.C. XI-XIII): i nuclei sensitivi ricevono input da calici gustativi, faringe, visceri toracici ed addominali. I nuclei motori comprendono il centro cardiaco (regola la frequenza e la forza del battito cardiaco), il centro vasomotore (controlla il diametro dei vasi sanguigni e la pressione arteriosa), due centri respiratori (controllano la frequenza e la profondità del respiro) e di centri coinvolti nel linguaggio, tosse, starnuto, salivazione, deglutizione, conati di vomito, vomito, sudorazione, secrezione gastrointestinale, movimenti di lingua e testa;
• Ponte (N.C. V -VII): nuclei sensitivi ricevono input da faccia, occhio, cavità nasale ed orale, seni e meningi che riguardano dolore, tatto, temperatura, gusto, udito ed equilibrio. I nuclei motori controllano masticazione, deglutizione, movimenti dell’occhio, riflessi di orecchio medio ed interno, espressione del viso, secrezione lacrime e saliva. Altri nuclei funzionano nel sonno, respirazione, controllo della vescica e postura;
• Mesencefalo (N.C. III-IV): riguardano i movimenti dell’occhio. Il nucleo rosso riguarda il controllo motorio fine. La sostanza grigia centrale modula la consapevolezza del dolore. I collicoli superiori sono implicati nell’attenzione visiva, allineamento degli occhi e nei riflessi visivi. I collicoli inferiori sono implicati nei segnali uditivi per il talamo e mediano i riflessi uditivi;
• Formazione reticolare: una rete di più di 100 nuclei diffusi in tutto il tronco encefalico implicati in controllo somatico motorio, equilibrio, attenzione visiva, respirazione, deglutizione, controllo cardiovascolare, modulazione del dolore, sonno, coscienza;
• Cervelletto: coordinazione muscolare, controllo motorio fine, tono muscolare, equilibrio, giudizio del passare del tempo, emozione, elaborazione tattile, percezione spaziale, linguaggio.

Funzioni del prosencefalo

• Diencefalo:
  • Talam: elaborazione sensitiva segnali al cervello
  • Ipotalamo: sintesi ormonale; secrezione ipofisi F.C., P.A
  • Epitalamo: secrezione ormonale; smistamento segnali tra mesencefalo e sistema limbico
• Lobi cerebrali:
  • Lobo frontale: olfatto, linguaggio, musc. Scheletrici (volontario), funzioni cognitive
  • Lobo parietale: funzioni somatosensitive, gusto, orientamento del corpo
  • Lobo occipitale: vista
  • Lobo temporale: udito, olfatto, informazione visiva, memoria, emozione
  • Insula: udito, gusto, sensibilità viscerale
• Nuclei della base: controllo motorio, memoria procedurale
• Sistema limbico: apprendimento, emozione, avversione

Cellule del sistema nervoso

• Afferenti da organi al S.N.
• Efferenti da SNC a organi periferici
• SN somatico (volontario) motoneuroni
• SN autonomo + SN enterico (organi interni)
• Ghiandole (parasimpatico calma)
• Vasi (simpatico stress)
• Cellule eccitabili: producono potenziale d’azione (PA)
• Cellule gliali: supporto strutturale e metabolico per i neuroni

Il potenziale d’azione (PA) è una modificazione del potenziale di membrana interno della cellula che diventa positivo rispetto all'esterno. La genesi del PA avviene nel moticolo assonico. Il terminale assonico (bottone sinaptico) rilascia neurotrasmettitore all’inizio del PA, il rilascio arriva dalla cellula pre-sinaptica. I canali ionici passivi sono sempre aperti per il mantenimento del potenziale a riposo. I canali ligando-dipendenti si aprono e chiudono in risposta ad un legame di un messaggero chimico. I canali voltaggio-dipendenti si aprono e chiudono in risposta a modificazioni del potenziale di membrana.

Potenziale di membrana a riposo

Il potenziale di membrana a riposo è di -70 mV. Gli ioni Na⁺ (esterno) sono spinti dalla forza chimica all'interno, mentre gli ioni K⁺ (interno) sono spinti all'esterno. Il Na⁺ è elettricamente bilanciato da cariche negative Cl^-. K⁺ è bilanciato da ioni organici proteine. Il Na⁺ tende a fluire all'interno della cellula per portare il potenziale verso +60mV, mentre K⁺ tende ad uscire dalla cellula per raggiungere -94mV. I canali per Na⁺ e K⁺ sono passivi. La differenza di potenziale tra i due lati della membrana rende la cellula polarizzata.

Un cambiamento verso valori più negativi è chiamato iperpolarizzazione (-94mV), mentre un cambiamento verso valori più positivi è definito depolarizzazione (+60mV). La ripolarizzazione avviene quando il potenziale di membrana ritorna al valore di riposo dopo la depolarizzazione.

Potenziali graduati

I potenziali graduati sono piccole modifiche del potenziale di membrana. I potenziali vengono sommati e così il PA si propaga di più, portando quindi ad una sommazione temporale:

• Depolarizzazione rapida: la membrana passa da -70 mV a +30 mV; rapido aumento della permeabilità di Na⁺ che arriverà a +60mV
• Ripolarizzazione: da +30mV torna a -70mV; aumenta la permeabilità per il K⁺
• Iperpolarizzazione postuma: la permeabilità per il K⁺ rimane elevata per un breve periodo, il potenziale di membrana diventa più negativo -94mV

I canali voltaggio-dipendenti sono più presenti nei nodi di Ranvier.

Principio del "tutto o nulla"

Se una membrana è depolarizzata fino al valore soglia avviene il PA; se la membrana non è depolarizzata fino al valore soglia, non avviene PA.

Periodo refrattario

• Assoluto: un PA non può essere generato in risposta ad un secondo stimolo indipendentemente dall’intensità
• Relativo: dopo il periodo refrattario assoluto si può raggiungere un secondo stimolo, ma solo in risposta ad uno più intenso di quello per raggiungere il valore soglia

NB: I PA si propagano più velocemente negli assoni con diametro più elevato. Gli assoni rivestiti di mielina conducono la conduzione saltatoria, creando resistenza ai movimenti ionici attraverso la membrana. I PA si generano nei nodi di Ranvier perché i PA non si producono dove c’è mielina. La propagazione è più elevata rispetto a quelli amielinici.

Apparato cardio-vascolare

L’apparato cardio-vascolare viene controllato dal nervo vago (X N.C).

Sforzo muscolare

• Motoneuroni (MN) più grandi hanno assoni più larghi e conducono più rapidamente
• MN più grandi hanno un più alto "innervation ratio" un singolo MN può innervare più fibre muscolari
• Unità motorie (UI) più grandi sviluppano:
• Contrazione più rapida
• Maggiore tensione
• Elevata tendenza alla fatica

Principio di henneman: il reclutamento progressivo dell’UM avviene secondo un "drive centrale" che prevede un’attivazione iniziale (sforzo debole) del MN più piccolo con coinvolgimento successivo di MN più grandi (sforzo massimale).

Cuore

• Muscolo miocardio: accoppiamento eccitazione-contrazione-regolazione
• Tessuto connettivo: pericardio e valvole
• Cellule epiteliali: endocardio

Valvole

• 2 valvole atrio-ventricolari (tricuspide destra, bicuspide sinistra) tra atri e ventricoli, impediscono il reflusso del sangue nell’atrio quando il ventricolo si contrae
• 2 valvole semilunari (aortica ventricolo sinistro - aorta; polmonare ventricolo destro - tronco polmonare) prevengono il reflusso di sangue nei ventricoli quando si rilassano.

Arterie coronarie: da base dell’aorta vanno ad irrorare il muscolo cardiaco.

Conduzione – eccitazione

Nodo seno atriale ed atrio ventricolare: pacemaker che danno origine rispettivamente al ritmo sinusale ed giunzionale (FC). Il sistema di conduzione del cuore è composto da cellule miocardiche strutturate in maniera sinciziale (varie cellule muscolari sono collegate in continuità tra loro), consentendo il rapido trasferimento degli impulsi da una fibra all’altra.

• Controllo del SNC: attraverso le branche autonomiche parasimpatiche e simpatiche possono rispettivamente ridurre (bradicardia) o aumentare (tachicardia) la FC.

L’attività elettrica nelle cellule miocardiche è data dalla presenza di giunzioni comunicanti poste tra le membrane citoplasmatiche. I PA generati a livello della placca della giunzione neuromuscolare sono trasmessi sulla superficie del sarcolemma e lungo i tubuli T (trasmettono il segnale al reticolo sarcoplasmatico per il rilascio di Ca²⁺ nel sarcoplasma (cytosol).

Circuito eccitazione cardiaca

• Fibre miocardiche che costituiscono il nodo del seno hanno la capacità di contrarsi automaticamente in modo ritmico (con frequenza più elevata).
• Le fibre di Purkinje sono la parte terminale del sistema di conduzione nel miocardio ventricolare attraverso i muscoli papillari e la parete laterale dei ventricoli; sono le più grandi cellule del cuore.

Basi ioniche attività elettrica del cuore

Ioni Ca²⁺:

• Apertura dei canali Ca²⁺ con ingresso di ioni Ca²⁺ è essenziale nel mantenimento della fase finale di depolarizzazione quando i canali K e Na sono bloccati.
• La fase di plateau è possibile per la persistenza del flusso di ioni Ca²⁺.

Fasi attività elettrica del cuore

• Depolarizzazione rapida: Na apertura canali Ca entra Na
• Fase iniziale: lieve ripolarizzazione; inattivo canali Ca diminuisce ingresso Na
• Plateau: chiusura canali K, diminuzione uscita ioni K/ ingresso ioni Ca (apro canali per Ca)
• Ripolarizzazione: apertura canali K fuori ioni K, apro canali per Ca diminuisce ingresso Ca
• Potenziale a riposo: apertura ioni K fuori K; canali Na e Ca chiusi ingresso trascurabile di Ca e Na

Farmaco Ca²⁺ antagonista

Esercita la sua funzione antiaritmica sulle fibre lente “fisiologiche” nodo A-V delle quali riduce la velocità di conduzione ed aumenta i periodi refrattari, e sulle fibre lente “patologiche” quelle normalmente rapide Na-dipendente sistema His-Purkinje, che in situazioni particolari (ischemia) divengono lente (Ca-dipendenti) e possono dare origine ad aritmie ipercinetiche focali o da rientro.

Attraverso la diminuzione del fabbisogno miocardico di O₂ secondario all’inibizione del flusso Ca attraverso la membrana con conseguente diminuzione del metabolismo energetico cardiaco, alla diminuzione delle resistenze periferiche e conseguente diminuzione del lavoro pressorio cardiaco.

Ciclo cardiaco (800 ms)

72 bpm

• Sistole ventricolare: contrazione ventricolo 0.3 sec
• Diastole ventricolare: rilassamento del ventricolo 0.8 sec

Diastole (530 ms)

• Volume tele diastolico (VTD)= 120-140 ml
• PA telediastolica vent. Dx= 4 mmHg
• PA telediastolica vent. Sx= 9 mmHg

Sistole (270 mmHg)

• Gittata sistolica = 70-90 ml
• Vol tele diastolico (VST) = 50 ml
• PA sistolica vent. Dx = 80-120 mmHg
• PA sistolica vent. Sx = 8-25 mmHg

Fasi

• Riempimento ventricolare (diastole):
• Sangue entra nel cuore (ritorno venoso)
• Valvole A-V aperte
• Valvole polmonare-aortica (A-P) chiuse (PA A-P > PA ventricolare)
• Fine diastole, gli atri si contraggono (sistole atriale)
• Contrazione isometrica (inizio sistole):
• Aumento PA ventricolare
• Valvole A-V chiuse e rilassamento atriale
• Valvole A-P aperte (PA A-P > PA ventricolare)
• Elettrocardiogramma (completamento sistole):
• Valvola A-P aperte (PA A-P < PA ventricolare)
• Sangue esce dai ventricoli
• La PA ventricolare < PA A-P
• Valvola A-P chiuse
• Rilassamento isometrico (inizio diastole):
• Sangue rimane nei ventricoli
• Riempimento atriale
• Valvole A-V chiuse
• Valvole A-P chiuse

Pressioni: polmonare e aortica

L'intensità della forza che il sangue esercita su una parete del vaso di area unitaria varia lungo tutto l’apparato vascolare: infatti la PA arteriosa diminuisce dal ventricolo sinistro fino alle arteriole.

• Polmonare: < 30 mmHg
• Aortica: > 120 mmHg

Fattori che influenzano la PA

• Forza di contrazione del cuore
• Gittata sistolica: quantità di sangue espulsa per ogni contrazione (sistole) ventricolare
• FC (bpm)
• Resistenze periferiche: resistenza opposta alla progressione del sangue dallo stato di contrazione delle piccole arterie
• Elasticità dell’aorta e delle grandi arterie

PA sistolica (max): contrazione/sistole ventricolare

PA diastolica (min): rilassamento/diastole ventricolare

Forze di contrazione ventricolare

Controllo estrinseco:

• Ormoni: tiroidei, insulina, glucagone (aumento)
• SNA: quasi del tutto simpatico (aumento); aumento rilascio di Ca²⁺ in assenza di controllo ormonale o nervoso FC 100.

Controllo intrinseco: stiramento del miocardio ventricolare durante il riempimento.

Leggi di Starling

L’energia della contrazione è proporzionale alla lunghezza iniziale delle fibre miocardiche. Quando il flusso di sangue che torna al cuore dai vasi venosi varia, il cuore adatta il flusso in uscita a quello in ingresso automaticamente. Attraverso modificazioni adattative del volume di eiezione ventricolare che adeguano la gittata cardiaca al ritorno venoso, il cuore regola la propria dimensione. C’è una relazione stretta tra l’aspetto meccanico e l’aspetto metabolico della legge di Starling; anche il consumo di O₂ del miocardio aumenta in parallelo con il volume tele diastolico.

Gittata cardiaca

Volume di sangue pompato da un ventricolo al minuto:

GC = FC * VEV (volume di eiezione ventricolare)

• Normale: GC= 72 bpm * 0.07 L/b = 5 L/min

Triangolo di Einthoven

Il principio fisiologico su cui si basa l’ECG.