Fisiologia dei Sistemi

IL SISTEMA NERVOSO

Con sistema nervoso si intende un sistema molto complesso che agisce a più livelli ed è importante sia per la relazione

con l’ambiente esterno che per quella con l’ambiente interno.

La relazione con l’ambiente esterno è importante perché in questo modo riusciamo a rappresentare e memorizzare

in modo cosciente (ovvero riusciamo ad attribuire un significato) la realtà, l’attribuzione di un significato alla realtà è il

processo finale, che coinvolge diversi circuiti neuronali, per poi arrivare a consolidarla nelle forme di apprendimento e di

memoria.

La relazione con l’ambiente interno è altrettanto importante perché in collaborazione con il sistema endocrino ci

permette di controllare e mantenere costanti i nostri parametri corporei.

Quindi il sistema nervoso riceve, analizza e integra gli stimoli provenienti dall’ambiente esterno ed interno. Produce di

conseguenza delle risposte appropriate e coordinate nei vari organi effettori (muscoli striati scheletrici, miocardio,

muscoli lisci, ghiandole). Il sistema nervoso sviluppa la capacità di depositare e recuperare informazioni sotto forma di

memoria, di dare inizio a processi psichici e di regolare emozioni e comportamento.

Riceve e distribuisce stimoli e segnali da/a tutto l’organismo. I segnali (per segnali si intende il potenziale d’azione)

viaggiano velocemente e in modo parallelo (i segnali viaggiano sia in modo longitudinale che in modo trasversale, la

trasmissione delle informazioni da un neurone all’altro avviene in modo seriale, più neuroni possono invece portare

avanti la stessa informazione in modo parallelo). I segnali devono venire integrati prima di generare una risposta.

Dal punto di vista funzionale è possibile distinguere il sistema nervoso in una parte sensoriale e una parte motoria:

- Sensoriale Rappresenta la via di input, quindi dalla periferia verso il centro. È in grado di percepire gli stimoli

→

provenienti dall’ambiente.

- Integrativa È in grado di interpretare gli stimoli ricevuti. La parte di integrazione del segnale agisce tra la via

→

sensoriale e la via motoria. È fondamentale per generare la risposta, in quanto gli stimoli vanno interpretati.

- Motoria Rappresenta la via di output, quindi dal centro verso la periferia, quindi rappresenta la risposta del

→

sistema nervoso. È in grado di inviare risposte adeguate allo stimolo ricevuto.

Sensazione e percezione non sono due sinonimi, in quanto la sensazione diventa percezione solo quando noi attribuiamo

un vero e proprio significato allo stimolo (una persona può percepire un dolore che un’altra non percepisce, a causa dei

circuiti neuronali diversi); quindi la risposta del sistema nervoso si genera dopo il passaggio dello stimolo attraverso dei

circuiti neuronali molto importanti, che possono essere diversi da individuo a individuo.

Dal punto di vista più anatomico, il sistema nervoso si divide in:

- Sistema nervoso centrale È costituito da cervello e midollo spinale.

→

- Sistema nervoso periferico Si divide in sistema nervoso somatico (volontario) e sistema nervoso autonomo

→

(che a sua volta si divide in simpatico e parasimpatico). La parte somatica è quella che controlla il movimento

volontario, quindi i muscoli scheletrici, mentre la parte autonoma controlla i visceri, le ghiandole, il cuore, quindi i

muscoli involontari.

Nell’immagine:

In viola è rappresentato il sistema nervoso centrale (elabora le informazioni ricevute e

origina risposte destinate alla periferia):

- Cervello (encefalo)

- Midollo spinale

In verde è rappresentato il sistema nervoso periferico (collega a due sensi la periferia

corporea con il SNC):

- Nervi Insiemi di fibre

→

- Gangli (che possono essere sensitivi o del sistema nervoso autonomo) Regioni

→

contenenti i corpi cellulari dei neuroni, quindi sono le sedi in cui avviene l’integrazione

del segnale

- Corpuscoli e organi di senso 1

Organizzazione anatomo-funzionale

L’informazione proveniente dall’ambiente interno e dall’ambiente

esterno, grazie alle vie sensoriali, arriva al sistema nervoso centrale, il

quale elabora una risposta in output, che passa alle componenti

motorie (sistema nervoso viscerale e sistema nervoso somatico), che

mettono in atto la risposta tramite degli effettori, che sono: muscoli

lisci, muscolo cardiaco e ghiandole (per il sistema nervoso viscerale) e

muscoli scheletrici striati (per il sistema nervoso somatico).

- Sistema nervoso centrale Costituito dall’encefalo e dal midollo

→

spinale, elabora, memorizza, integra informazioni sensitive in

entrata e produce una risposta agli stimoli.

- Sistema nervoso autonomo o sistema vegetativo Comprende il

→

simpatico e il parasimpatico costituito da gangli e nervi e

controlla l’attività dei visceri.

- Sistema nervoso periferico Comprende una rete di nervi

→

esterni al sistema nervoso centrale che comprende i nervi cranici

e i nervi spinali, raggiunge ogni parte del corpo mette in

relazione i “sensori” ampiamente distribuiti con strutture nervose

che elaborano gli stimoli e producono “ordini”.

- Sensori I recettori registrano e permettono l’interazione fra

→

l’ambiente esterno e l’ambiente interno.

Il neurone, con il suo corpo cellulare, e l’assone normalmente mielinato. La

zona di input dove il neurone riceve gli stimoli, è quella del pirenoforo o corpo

cellulare. Nel cono di emergenza dell’assone parte il segnale sotto forma di

potenziale d’azione, se la zona di input è stata in grado di depolarizzare la

membrana soprasoglia (dipende da quello che è successo a livello del corpo

cellulare). L’integrazione per far partire un segnale deve portare un segnale di

output a livello delle sinapsi neuronali. 2

CORTEX MOTORIA CORTEX SENSORIALE

TALAMO Nell’immagine è rappresentato un esempio di circuito molto semplice, con la via

afferente in verde, dove lo stimolo proveniente dall’esterno viaggia dalla periferia

verso il centro, e la via efferente o motoria in rosso, a livello della quale avviene il

CUTE controllo del movimento dei muscoli, dal centro verso la periferia.

VIA AFF

VIA EFF MUSCOLI SNC: SUDDIVISIONI ANATOMICHE

Il sistema nervoso centrale

Organizzazione del sistema nervoso centrale dal punto di vista anatomico.

Procedendo dalla periferia verso il centro (porzione più rostrale) si Prosencefalo

trovano:

- Midollo spinale (1) Nelle sue varie parti: cervicale, toracica,

→

lombare, sacrale

- Bulbo o midollo allungato (2)

- Ponte (3) Tronco

- Mesencefalo (5)

- Diencefalo (6)

- Emisferi cerebrali (7)

- Cervelletto (dorsalmente al bulbo e al ponte) (4)

Suddivisione dell’encefalo

- Proencefalo Emisferi cerebrali (telencefalo) e diencefalo, cioè talamo e ipotalamo

→

- Mesencefalo Tronco cerebrale

→

- Romboencefalo Mielencefalo (midollo allungato) e metencefalo (ponte di Varolio e cervelletto). Midollo allungato

→

e ponte di Varolio vanno, insieme al mesencefalo, a costituire il tronco cerebrale.

Piani di divisione PIANI DI DIVISIONE

Parlando del sistema nervoso, è importante prendere dei

punti di riferimento, ovvero fare orientarsi rispetto agli assi

che passano longitudinalmente al proencefalo o

longitudinalmente al tronco e a midollo (questi sono i due

assi di riferimento). Rispetto a questi due assi si delineano

una porzione più caudale verso il basso e una porzione più

rostrale verso l’alto, se si parla dell’asse longitudinale che

passa per il tronco, o rostrale avanti e caudale dietro, se si

parla dell’asse longitudinale che passa per il proencefalo.

Inoltre si possono definire anche delle zone più dorsali o

più caudali facendo riferimento agli altri assi.

Gli emisferi cerebrali sono 2 e sono divisi da una porzione centrale molto

importante, chiamata corpo calloso, costituito da un fascio di fibre nervose,

che rappresenta una via di passaggio dove le fibre decussano da una parte e

dall’altra. 3

SNC: CERVELLO E MIDOLLO SPINALE

Si può dividere il sistema nervoso centrale in lobi, a seconda delle ossa che

costituiscono principalmente il cranio, quindi si distinguono:

- Lobo frontale nella porzione anteriore

- Lobo occipitale nella porzione posteriore

- Lobo parietale superiore (tra il frontale e l’occipitale)

- Lobo temporale inferiore (tra il frontale e l’occipitale)

Il sistema nervoso periferico

È costituito da nervi, insiemi di assoni generalmente dotati di guaina mielinica, che servono per convogliare informazioni

da e al SNC, e si possono suddividere in:

- Sensoriali Contengono solo fibre sensoriali

→

- Motori Contengono solo fibre motorie

→

- Misti Contengono entrambi i tipi di fibre

→

In base all’origine si possono distinguere in nervi cranici, connessi al cervello, e nervi spinali, connessi al midollo. In

base alla funzione si può classificare il sistema nervoso in: sistema nervoso somatico, afferente (sensoriale) ed efferente

(motorio), e sistema nervoso viscerale, afferente (sensoriale) ed efferente (autonomo).

I nervi sono degli insiemi di fibre. In giallino è rappresentato l’assone del singolo neurone, che

genera il potenziale d’azione, il quale normalmente è rivestito da una guaina mielinica (in

azzurrino). Sono poi presenti una serie di membrane protettive di natura connettivale, che sono

endonervio (che riveste la mielina), perinervio (che riveste un insieme di assoni) ed epinervio

(che riveste in ultima analisi il nervo, che quindi contiene fibre sensoriali, fibre motorie, vasi

sanguigni ecc.).

Il midollo spinale porta le informazioni dalla periferia all’encefalo

attraverso le vie sensoriali ascendenti e trasferisce le risposte

mediante le vie motorie discendenti. I nervi spinali collegano il

midollo spinale ai recettori sensoriali, ai muscoli e alle ghiandole.

I nervi spinali escono dalle varie parti della colonna vertebrale,

quindi dalla porzione toracica, lombare, sacrale e coccigea, e

sono 31 paia. I nervi cranici sono 12 paia e sono connessi alla superficie ventrale del

cervello. La maggior parte di essi svolge funzioni sensoriali e motorie

per la regione della testa e del collo. Uno di essi, il nervo vago

(decimo nervo cranico), regola le funzioni degli organi della cavità

toracica e addominale. Il secondo nervo cranico, il nervo ottico, regola

la vista, e l’ottavo nervo cranico, il nervo vestibolo-cocleare, regola

l’udito. 4

Rappresentazione a farfalla di una sezione del midollo spinale. Si seziona il midollo

spinale e questa “farfalla” scura cambia a seconda che quella regione riceva più input,

quindi avrà le corna dorsali molto sviluppate, o più output, quindi avrà le corna ventrali

più sviluppate. Fondamentalmente però rappresenta la sostanza grigia, cioè la regione in

PROTEZIONE E NUTRIMENTO DEL SISTEMA NERVOSO

cui sono concentrati solo i corpi cellulari. Quindi un’informazione sensoriale arriva al

midollo spinale e passa sempre al corno dorsale, dove si può fermare oppure può andare

-struttura ossea

direttamente al corno ventrale; l’informazione motoria che esce dal midollo spinale, esce

-meningi

necessariamente dal corno ventrale.

-Liquido extracellulare LEC (liq interstiziale + liq cerebrospinale LCS) (protezione chimico-fisica)

-barriera ematoencefalica (BEE)

Protezione e nutrimento del sistema nervoso

Il sistema nervoso deve essere protetto

dagli urti, quindi protezione meccanica, ma

protetto anche dal punto di vista chimico-

fisico, quindi deve essere altamente isolato

(grazie all’esistenza della barriera

ematoencefalica). Per quanto riguarda

questa protezione, è racchiuso in una

struttura ossea, ma molto importanti

sono anche le meningi, dei foglietti

protettivi. Inoltre, molto importante perché Le meningi

va a formare un vero e proprio “materasso (stabilizzano e proteggono il SN)

ad acqua”, è il sistema ventricolare.

Le meningi

Sono dei foglietti che stabilizzano e proteggono il sistema nervoso. Consistono

essenzialmente di 3 strati, che partendo dal sistema nervoso, quindi dai

neuroni, andando verso l’esterno, sono:

- Pia madre Strato sottile di vasi sanguigni cerebrali e spinali a contatto

→

con il sistema nervoso

- Membrana aracnoidea Strato intermedio tra gli altri due strati, soffice e

→

spugnoso

- Dura madre Strato esterno, resistente e flessibile ma non allungabile

→

Molto importante è lo spazio subaracnoideo, cioè tra la pia madre e la

membrana aracnoidea, molto spugnoso, all’interno del quale si trovano

soprattutto vasi sanguigni.

Sostegno e protezione del midollo spinale

Il sistema ventricolare è molto importante per il

sistema nervoso perché va costituire un vero e proprio

“materasso ad acqua”. I ventricoli sono delle specie di

bacini pieni di liquido, chiamato liquido cerebro-

spinale o LCS. Il liquido cerebro-spinale è contenuto

nei 4 ventricoli cerebrali (2 ventricoli laterali, terzo

ventricolo e quarto ventricolo) e negli spazi

subaracnoidei cerebrali e spinali. La funzione di tutta

questa struttura è quella si attutire il peso della

componente nervosa.

Il LCS è secreto dalle cellule ependimali dei plessi

corioidei dei ventricoli, circola nello spazio

subaracnoideo ed è riassorbito da villi nel plasma. La sua funzione è

LCS:

quella di fornire protezione chimico-fisica: chimico perché è in stretto

-Secreto dalle cells ependimali dei

contatto con il sistema nervoso e quindi controlla quello che vede il

plessi corioidei dei ventricoli

sistema nervoso, fisica per discorso di ammortizzazione. È un indicatore

-circola nello spazio subaracnoideo

chimico dell’encefalo: se si fa un prelievo di LCS, la sua analisi è

-riassorbito da villi nel plasma

importante per rilevare determinate patologie, come meningiti, infezioni,

-funzione: protezione chimico-fisica

è una vera e propria “carta d’identità” dello stato di salute del sistema

(az. ammortizzante)

nervoso. Come composizione chimica assomiglia molto al sangue; il LCS

-indicatore chimico dell’encefalo

eserciterebbe a livello del sistema nervoso un’azione analoga a quella

esercitata dal sangue e dalla linfa negli altri organi. Quello che

differenzia di più il LCS dal sangue è il contenuto proteico, che nel LCS è più basso. Il liquido cerebro-spinale è quindi

5

Il LCS eserciterebbe a livello del

SN un’azione analoga a quella

La circolazione del sangue nel

cervello

l’organo che regola l’omeostasi a livello del sistema nervoso centrale; le sue caratteristiche chimico-fisiche sono stabili in

condizioni fisiologiche e alterate in presenza di patologie del SNC e SNP.

Guardando l’istogramma, si nota che nel cervello la percentuale del peso corporeo è

minima (intorno al 2%), ma la quantità di sangue che vi arriva è alta (circa il 15% del

sangue della gittata cardiaca), quindi è molto importante la circolazione del sangue a livello

cerebrale.

La barriera emato-encefalica

La barriera emato-encefalica (BEE) è l’unità morfo-funzionale che isola il liquido cerebro-spinale ed il tessuto nervoso

dalla circolazione ematica e mantiene il delicato equilibrio chimico-fisico del LCS. L’analisi del liquor conserva la sua

importanza in neurologia in numerose situazioni diagnostiche: emorragie subaracnoidee, meningiti e meningoencefaliti,

patologie neurodegenerative (encefalopatia spongiforme), poliradiocolonevrite, sclerosi multipla.

Barriera ematoencefalica (BEE) è creata dal tessuto cerebrale stesso

La barriera emato-encefalica è costituita da

vasi sanguigni che devono proteggere il

tessuto nervoso in quanto è importante che

variazioni dell’ambiente esterno non

raggiungano il tessuto nervoso. È creata dal

tessuto cerebrale stesso. I capillari a livello

sistemico sono normalmente rivestiti da

cellule endoteliali e possono avere giunzioni

di varia natura (capillari fenestrati, giunzioni

strette…); nel sistema nervoso centrale, le

giunzioni tra le cellule endoteliali sono

sempre serrate, in modo tale che non possa sussistere una via di trasporto paracellulare, ma possa avvenire solo

trasporto transcellulare. Il movimento del materiale attraverso la barriera ematoencefalica è regolato per proteggere i

neuroni dalle sostanze potenzialmente dannose presenti nel sangue. Oltre alla presenza di giunzioni serrate, i capillari

-trasporto paracellulare impedito da giunzioni occludenti

della barriera ematoencefalica sono rivestiti da pedicelli degli astrociti, che secernono sostanze paracrine che stimolano

-trasporto intracellullare limitato da carrier specifici

la formazione delle giunzioni strette. -diffusione di piccole molecole liposolubili

Quindi:

- Il trasporto paracellulare è impedito da giunzioni occludenti

- Il trasporto intracellulare è limitato da carrier specifici

- È possibile la diffusione di piccole molecole liposolubili

-protezione da sost dannose Limite per trattamento farmacol

Questo permette: -protezione da variaz ioniche di patologie neuronali

- Protezione da sostanze dannose

- Protezione da variazioni ioniche

- Limite per trattamenti farmacologici di patologie neuronali

Nell’immagine, particolari della barriera emato-encefalica. A) Sezione di un

capillare sistemico, che mostra le fessure intercellulari tra le cellule endoteliali

che costituiscono le pareti del capillare, e una fenestrazione in una delle cellule.

B) Sezione di un capillare encefalico, che mostra le giunzioni serrate tra due

cellule endoteliali, cinque estremità (“pedicelli”) di processi astrocitari ed un