Fisiologia - sistema nervoso

Il sistema nervoso

Anatomia del sistema nervoso

Il sistema nervoso si può suddividere in due parti: il sistema nervoso centrale (SNC), formato da encefalo e midollo spinale, ed il sistema nervoso periferico (SNP).

Il sistema nervoso centrale riceve ed elabora informazioni dagli organi sensoriali e viscerali, le integra, sulla base di esse prende decisioni ed invia istruzioni relative ad alcuni organi. È inoltre sede dell'apprendimento, della memoria, delle emozioni, del linguaggio e di altre funzioni complesse.

Il sistema nervoso periferico garantisce la comunicazione tra l'intero organismo ed il sistema nervoso centrale tramite la componente afferente, che trasmette informazioni in senso ascendente, e la componente efferente, che conduce le informazioni in senso opposto, cioè dal sistema nervoso centrale agli organi definiti effettori (per lo più muscoli e ghiandole).

La componente efferente è ulteriormente suddivisa in sistema nervoso somatico, in cui i motoneuroni sono responsabili della contrazione dei muscoli scheletrici, ed in sistema nervoso autonomo, che regola la funzione di organi e strutture non sottoposte al controllo volontario. Infine, il sistema nervoso autonomo è definito da un sistema parasimpatico ed uno simpatico. Il sistema simpatico (o ortosimpatico) è responsabile dello stato di allerta e mobilita tutte le risorse dell'organismo in risposta a forti sollecitazioni ambientali. Quello parasimpatico adegua l'organismo alle condizioni di riposo, promuovendo le funzioni vegetative.

Le cellule del sistema nervoso

Le cellule del sistema nervoso sono di due tipologie: i neuroni e le cellule gliali.

I neuroni sono cellule eccitabili in grado di produrre ampi e rapidi segnali elettrici definiti potenziali d'azione. I neuroni misurano da pochi millimetri a più di un metro. Nella loro struttura si riconoscono tre componenti principali: il corpo cellulare (o soma), contenente il nucleo e la maggior parte degli organuli, i dendriti, che ricevono afferenze da altri neuroni a livello di giunzioni specializzate dette sinapsi, e l'assone (o neurite), diramazione che origina nel monticolo assonale, addetta all'invio di informazioni sotto forma di segnali elettrici. Un neurone può avere molti dendriti, ma un solo assone. La parte terminale dell'assone è definita terminale assonico, specializzato nel rilascio di un neurotrasmettitore.

Le differenti regioni del neurone svolgono funzioni diverse, pertanto ciascuna regione presenta canali ionici specifici quali i canali ligando-dipendenti e voltaggio-dipendenti. I primi si aprono o si chiudono in seguito al legame di un messaggero chimico e sono localizzati nei dendriti e nel corpo cellulare, per la ricezione di informazioni attraverso neurotrasmettitori. I secondi rispondono a modificazioni del potenziale di membrana; quelli per il sodio ed il potassio sono distribuiti in tutto il neurone per l'insorgenza e propagazione del potenziale d'azione, mentre quelli per il calcio, regolatore del rilascio dei neurotrasmettitori, sono localizzati nel terminale assonico.

Classificazione dei neuroni

I neuroni si possono classificare secondo la loro struttura e funzione. In base alla struttura si riconoscono:

• Neuroni unipolari, in cui è presente un assone in uscita dal corpo cellulare ed i dendriti sono assenti.
• Neuroni bipolari, che presentano un assone ed un dendrite e sono in genere neuroni sensoriali.
• Neuroni pseudo-unipolari, in cui le propaggini che si distaccano dal corpo e si dirigono in direzioni opposte sono un assone ed un dendrite (principalmente afferenti).
• Neuroni multipolari, i più comuni, che hanno proiezioni multiple dal corpo cellulare.

Funzionalmente i neuroni si differenziano in efferenti, che trasmettono informazioni dal SNC agli organi effettori, afferenti, che dai recettori sensoriali e viscerali, trasmettono le informazioni al sistema nervoso centrale, ed interneuroni, localizzati nel sistema nervoso centrale dove svolgono tutte le funzioni ad esso pertinenti.

Nel sistema nervoso centrale i corpi dei neuroni sono spesso raggruppati in nuclei e gli assoni viaggiano in fasci chiamati vie, tratti o commessure. Nel sistema nervoso periferico i corpi sono raggruppati in gangli e gli assoni viaggiano in fasci detti nervi.

Le cellule gliali

La seconda tipologia di cellule del sistema nervoso, che ne costituisce circa il 90%, sono le cellule gliali che forniscono integrità strutturale. In questa categoria si trovano gli oligodendrociti e le cellule di Schwann, che avvolgono gli assoni dei neuroni permettendo una trasmissione del potenziale d'azione più efficace e rapida.

La guaina che avvolge i neuroni è definita mielina; gli oligodendrociti la generano sugli assoni dei neuroni nel sistema nervoso centrale, mentre le cellule di Schwann su quelli del sistema nervoso periferico. I primi forniscono segmenti di mielina per molti assoni, i secondi soltanto per uno. L'avvolgimento mielinico riduce la fuoriuscita di ioni attraverso la membrana, tuttavia esistono delle interruzioni della guaina, chiamate nodi di Ranvier, in cui la membrana dell'assone contiene canali voltaggio-dipendenti per il sodio ed il potassio con ruolo fondamentale nella trasmissione dei potenziali d'azione, permettendo movimenti ionici attraverso la membrana.

I potenziali graduati e i potenziali d'azione

Tutte le cellule presentano una differenza di potenziale di membrana negativa (nel caso delle cellule nervose -70 mV). Le cellule nervose godono di due proprietà fondamentali: eccitabilità e conduttività. Sono quindi dotate della capacità di generare e propagare segnali elettrici in risposta a stimoli che possono essere esterni (ambientali) o interni.

I segnali elettrici sono prodotti in seguito a modificazioni transitorie della differenza di potenziale di membrana a riposo. Possono essere distinti in due tipologie: potenziali graduati e potenziali d'azione. Allo stato di riposo la cellula è detta “polarizzata”, poiché vi è una differenza di carica tra l’esterno e l’interno della cellula. L’apertura e la chiusura dei canali ionici modificano la permeabilità della membrana agli ioni, generando dei flussi netti di carica e determinando una variazione della differenza di potenziale. L’apertura dei canali del sodio rende la differenza meno negativa rispetto al livello di riposo: si parla di depolarizzazione. Quando vi è l’inversione della polarità, cioè l’interno della cellula diventa positivo rispetto all’esterno, si parla di “overshoot”. Quando la differenza di potenziale ritorna al livello di riposo si utilizza il termine ripolarizzazione. Questa fase è determinata dall’uscita degli ioni potassio dall’interno della cellula. La membrana è invece iperpolarizzata quando la differenza di potenziale diventa più negativa rispetto al livello di riposo (azione per lo più generata dall’ingresso degli ioni cloro).

Il potenziale graduato è una modificazione dell'