Neuroanatomia - Appunti

Neuro-fisiologia

Biofisica delle membrane eccitabili

Concetto di eccitabilità, gradienti chimici ed elettrici, canali ionici, trasporti attivi e mediati, lo stimolo come variazione energetica, potenziale di riposo, potenziali locali, potenziale d’azione, conduzione dell’impulso, classificazione funzionale delle fibre nervose.

Trasmissione sinaptica

Comunicazioni intercellulare, gap-junction e sinapsi elettriche, sinapsi chimiche, classificazione morfo-funzionale delle sinapsi, il meccanismo di sintesi, trasporto e liberazione del neurotrasmettitore e successiva disattivazione, recettori postsinaptici, potenziali sinaptici, sommazione spaziale e temporale dell’attività sinaptica, plasticità sinaptica, sinapsi neuromuscolare.

Organizzazione anatomo-funzionale del sistema nervoso

Cellule gliali e neuroni, sistema somatico ed autonomo, anatomia funzionale del midollo, organizzazione funzionale della corteccia cerebrale: strati e colonne, vie motrici piramidali ed extrapiramidali, vie della sensibilità protopatica ed epicritica.

Controllo sensoriale

Recettori della sensibilità, classificazione dei recettori, modalità e adattamenti, specificità dei recettori, principi generali della trasduzione del sistema recettoriale retinico, olfattivo, gustativo ed uditivo, leggi generali della sensibilità, percezione e sensazione, qualità localizzazione e intensità della sensazione, la sensibilità termica-dolorifica, la sensibilità tatto-pressoria.

Controllo motorio

La fibra muscolare: attività elettrica, meccanica e metabolica, l’unità motrice: classificazione, funzioni e reclutamento, il tono muscolare, i propriocettori, riflesso da stiramento (o miotatico diretto), il riflesso miotatico inverso, riflesso di flessione, riflesso di estensione crociato, controllo superiore del tono e della postura, il movimento volontario, aree motrici e premotrici, i nuclei della base, ruolo del cervelletto, il motoneurone e la via finale comune.

Sistemi integrati centrali

Le funzioni dell’ipotalamo. Comportamenti geneticamente determinati, comportamenti appresi, apprendimento e memoria, le basi cellulari e molecolari dei processi di apprendimento, la memoria a breve e quella a lungo termine, la memoria emozionale, plasticità neuronale e memoria, relazione tra ambiente ed apprendimento, relazione tra attività motoria ed apprendimento.

Segnali endocrini e nervosi: analogie e differenze

Il sistema nervoso ha la funzione di relazionare il corpo con l’ambiente esterno (segnali ambientali e periferici) rispondendo con un’azione motoria. Insieme al sistema endocrino rende possibile l’adattamento dell’individuo nell’ambiente in cui si trova perché la nostra capacità di rispondere a stimoli esterni ci consente di vivere nell’ambiente che ci circonda. Questi due sistemi funzionano attraverso delle strutture (come i recettori) che hanno la capacità di trasformare l’energia di uno stimolo (luce, sostanze chimiche, termico) in segnali elettrici.

Una differenza tra il sistema endocrino e il nervoso è che nel sistema endocrino la liberazione di molecole quali gli ormoni avviene nel processo circolatorio (vengono disseminati in tutto l’organismo ma può avere effetti specifici diversi); nel sistema nervoso invece è molto più mirata perché la liberazione di molecole segnali avviene a livello delle sinapsi.

Il sistema nervoso umano

Si suddivide in sistema nervoso centrale e periferico.

Sistema nervoso centrale

• Encefalo: nel cranio
• Midollo spinale: nella colonna vertebrale

Sistema nervoso periferico

• Nervi cranici: fuoriescono a livello del tronco encefalico
• Nervi spinali: fuoriescono dalla colonna
• Sistema enterico: è una porzione del sistema nervoso autonomo

Il nervo è un insieme di fibre nervose che possono essere mielinizzate o no e possono essere fibre sensitive (impulsi elettrici che viaggiano dalla periferia verso il centro) o fibre motorie (viaggiano dal centro alla periferia).

Componenti del sistema nervoso

• Componente somatica: i recettori comunicano con l’ambiente esterno o possono essere interni registrando l’attività muscolare in atto; i centri integratori sono a livello spinale, tronco encefalico fino ad arrivare a livello corticale; la risposta è il muscolo scheletrico volontario ed ha come risposta un movimento.
• Componente vegetativa: i recettori ci sono a livello degli organi e il sistema d’integrazione si trova a livello del tronco dell’encefalo e a livello spinale e la risposta è sempre a livello degli organi (muscolo liscio o ghiandole).

L’unità funzionale del sistema nervoso

L’unità funzionale è il neurone e cellule gliali tra cui gli astrociti. I neuroni possono distinguersi in sensitivi (raccolgono informazioni dalla periferia) e motori (inviano informazioni alla periferia). Il neurone è costituito da un corpo cellulare con un’attività metabolica propria, delle porzioni di ricezione di segnali e generalmente sono rappresentati dai dendriti. Ha un prolungamento assonico lungo il quale invia il segnale in periferia.

Sistema nervoso centrale (strutture)

Il sistema nervoso centrale prende contatto, sia l’encefalo che il midollo, con la scatola cranica e la colonna attraverso tre membrane che sono le meningi: piamadre, aracnoide (intermedia), duramadre (più rigida, si trova a livello osseo). La funzione di queste membrane è anche quella di contenere un liquido chiamato ‘liquido encefalorachidiano’ che funge da cuscinetto protettivo e riduce il peso del sistema nervoso evitando lo schiacciamento del cervello sulla parte sottostante. Un filtro tra il sangue e il tessuto nervoso è rappresentato dalla barriera ematoencefalica; anche questa è costituita da prolungamenti di astrociti intorno ai vasi che vanno ad irrorare il tessuto nervoso.

L’encefalo

• Prosencefalo: durante lo sviluppo formate 2 strutture; il telencefalo (o corteccia cerebrale) e Diencefalo (contiene i talami, l’ipotalamo, i nuclei della base, il sistema limbico)
• Mesencefalo
• Romboencefalo: si divide in metencefalo (cervelletto, ponte e bulbo) e mielencefalo (formerà il midollo spinale).

Cervello o corteccia cerebrale

Ha la caratteristica di essere formata da pieghe che servono ad aumentare la superficie della corteccia che è costituita internamente da sostanza bianca ed esternamente da sostanza grigia. La differenza tra le 2 sostanze è che nella sostanza grigia ci sono i corpi cellulari e dendriti poco mielinizzati mentre nella sostanza bianca ci sono fibre mielinizzate. Nella corteccia è possibile identificare diverse zone funzionali. Lo spessore degli strati non è uguale in tutta la corteccia ma ogni strato caratterizza una specifica area; oltre a questo questi strati assicurano una complessa interazione tra i circuiti intracorticali.

• Aree sensitive: primarie (ci sono unità funzionali chiamate colonne che sono un insieme di neuroni che rappresentano una stessa modalità sensoriale) supplementari
• Aree motorie: primarie (ci sono colonne funzionali costituite da un insieme di neuroni che vanno a comandare uno stesso distretto muscolare) e supplementari
• Aree associative: fanno da ponte di integrazione fra aree con funzioni diverse.

Al di sotto della corteccia ci sono una serie di strutture più o meno integrate fra di loro deputate anch’esse a diverse funzioni; in particolare al di sotto ci sono:

• I gangli della base: sono degli ammassi di cellule nervose che mandano e ricevono afferenze dalla corteccia e sono indispensabili per la programmazione motoria.
• Talamo: è non solo un punto di integrazione per le risposte motorie ma è anche un punto di integrazione delle afferenze sensitive.

Il cervelletto

• Ha la funzione di coordinare movimenti e la postura
• Da esso partono i comandi di gestione dei muscoli
• Da qui partono risposte motorie incoscienti che sono state apprese ‘automatismi motori’
• Integra risposte di tipo ventricolare organizzando la loro attività.

Ipotalamo

L’ipotalamo con il sistema limbico è il massimo sistema d’integrazione delle risposte del sistema autonomo. Qui è possibile distinguere neuroni che sono implicati nel controllo della temperatura (arrivano informazioni su variazioni di temperatura e questo centro confronta queste informazioni rispondendo con abbassamenti o innalzamenti di temperatura).

C’è un altro gruppo di neuroni chiamato ‘centro di controllo della fame e della sazietà’ che regola risposte vegetative (attività funzionali del sistema digerente) e risposte comportamentali (assunzione di cibo o non assumere cibo).

Un’altra importante funzione è quella di controllare la maggior parte delle ghiandole del sistema endocrino.

Sostanza reticolare e tronco encefalico

È una fitta rete neuronale che si estende per tutto il corpo dell’encefalo toccando bulbo ponte e mesencefalo. In queste strutture è possibile riconoscere sia nuclei che controllano un’attività vegetativa (controllo nervoso del respiro) attraverso dei muscoli. Ci sono anche i centri che controllano l’attività cardiaca, per cui vengono attivati quando c’è bisogno di aumentare la frequenza cardiaca.

Midollo spinale

Al livello del midollo spinale la sostanza grigia (costituita da neuroni sensitivi o motori) diventa interna (classica forma a farfalla) e i vari segmenti di midollo prendono nome dalla varie vertebre in cui si trovano. Nella sostanza bianca che si trova all’esterno sono presenti i fasci di fibre mielinizzate delle vie sensitive o motorie. Il midollo spinale è anche un centro di integrazione infatti oltre alla sostanza grigia e bianca c’è anche un’altra rappresentata da diversi tipi di interneuroni. Nelle sinapsi neuronali un neurone può ricevere sinapsi da più neuroni quindi c’è sempre un momento di integrazione. Le corna posteriori della sostanza grigia sono quelle dedicate alla sensibilità, mentre quelle anteriori sono dedicate alla parte motoria.

Sistema nervoso periferico (sn somatico / sn autonomo)

Consiste in:

• Neuroni sensitivi
• Neuroni motori

Il sistema nervoso può essere classificato anatomicamente in: SNC e SNP e funzionalmente può essere distinto in somato-sensoriale che ha come effettore il muscolo scheletrico e in sistema vegetativo o autonomo che riguarda l’omeostasi organica ed ha come effettori il muscolo liscio, il cuore e le ghiandole.

Il neurone

Unità fondamentali strutturalmente e funzionalmente del sistema nervoso: Sono cellule mature che una volta arrivate al differenziamento completo restano così per tutta la vita. Sono delle strutture particolarmente plastiche in modo tale da formare nuovi contatti sinaptici e quindi modificare l’attività di una rete neurale e modificarne la funzione per la quale è preposta. Rispondono agli stimoli chimici e fisici: i neuroni in alcune porzioni diventano recettori sensoriali perché hanno la capacità di rispondere a stimoli di diversa natura in quanto sono in grado di convertire un’energia fisica che li stimola in attività elettrica. Conducono e producono impulsi elettrici: conducono un potenziale d’azione. Rilasciano regolatori chimici: i neuroni sono in grado di sintetizzare elementi chimici e secernerli in neurotrasmettitori.

Nervi

Fascio di assoni localizzati al di fuori del SNC (la maggior parte costituiti da fibre sensitive e motorie) sono l’insieme di terminazioni neuronali che possono essere tutti dello stesso tipo così avremo un nervo sensitivo o motore oppure possono esserci a livello spinale e cranico dei nervi che hanno sia la componente motoria che sensitiva.

Classificazione funzionale dei neuroni

• Sensory o afferenti (conducono impulsi dai recettori sensoriali al snc)
• Motori o efferenti (conducono impulsi fuori dal snc verso gli organi effettori)
• Associazione di interneuroni (sono posizionati interamente nel snc e forniscono una funzione integrativa): sono delle reti neuronali cioè strutture di estrema integrazione perché a livello neuronale un neurone riceve migliaia di input sinaptico.

Classificazione morfologica dei neuroni

• Pseudopolari: è un neurone sensitivo che ha il soma al livello del ganglio finale e ha un prolungamento periferico dove ha una struttura recettrice e un prolungamento centrale che entra nel midollo dal corno posteriore.
• Unipolari: è un neurone motore.
• Multipolari: per lo più sono neuroni d’integrazione.

Altre cellule del SN: le glia

SNC

• I neuroni sono accompagnati dalla glia rappresentata dagli astrociti e microglia.

SNP

• Le cellule gliali sono rappresentate dalle cellule di Schwann.

SNC cellule di supporto

• Oligodendrociti: Si occupano della formazione della guaina mielinica, un solo oligodendrocita può con le sue ramificazioni andare a mielinizzare più neuroni centrali. Il compito della mielina è quello di isolare la fibra nervosa per una più veloce e efficiente conduzione del segnale elettrico. In particolari condizioni hanno la capacità di liberare molecole che servono alla rigenerazione della fibra stessa.
• Astrociti: Sono quasi considerati i ‘partner’ dei neuroni per la loro capacità di regolare la funzione sinaptica. La loro presenza è fondamentale per il corretto funzionamento delle reti neuronali.
• Microglia: ha la funzione di tipo immunitario in quanto fagocitano sostanze estranee e alcuni batteri. La loro funzione non è assoluta cioè possono non riuscire nel loro compito e sorgere alcune patologie.
• Cellule ependimali: rivestono le cavità e hanno la funzione di regolare l’omeostasi del liquido encefalorachidiano.

SNP cellule di supporto

• Cellule di Schwann: è una cellula gliale che rappresenta la guaina mielinica lasciando libera delle porzioni di membrana caratterizzata da canali ionici perché in questi punti la cellula deve essere in grado di rigenerare il segnale elettrico che viene condotto a distanza.

Nodi di Ranvier

Cellule satellite

Neurotrofine

Tutte queste componenti come convivono insieme e come arrivano a maturare? In circolo nel tessuto nervoso sono presenti un insieme di molecole che fanno parte della famiglia dei fattori trofici che si chiamano neurotrofine. Le neurotrofine sono importanti sia per lo sviluppo e per il corretto differenziamento delle varie popolazioni neuronali infatti ogni popolazione neuronale ha uno specifico tipo di neurotrofina. Queste sono importanti anche durante l’età adulta perché hanno la funzione trofica, di riparazione e di rigenerazione (tutto dipende dall’entità del danno).

Attività elettrica degli assoni

(come le cellule nervose riescono tra di loro a comunicare)

• Tutte le cellule mantengono un potenziale di membrana a riposo:
• Differenza di potenziale attraverso la membrana: è dovuta a una disuguale distribuzione di ioni; il tessuto nervoso e muscolare hanno la capacità di generare variazioni di potenziale (grazie alla loro grande differenza di potenziale) e condurre queste variazioni di potenziale.
• Selettiva permeabilità della membrana: a livello della cellula c’è un potenziale di membrana perché le membrane sono fatte in modo da separare due ambienti idrofobi e fa da struttura ad alta resistenza perché è impermeabile alle sostanze idrofile. È una resistenza estremamente plastica perché contiene canali che possono essere chiusi o aperti cambiando la permeabilità di membrana. L’attività funzionale di una cellula può portare anche all’espressione e alla sintesi di nuovi canali per cui in momenti funzionali diversi la cellula può anche cambiare il numero di canali in membrana (cambia la permeabilità). La membrana isolando i due compartimenti deve avere dei meccanismi che li metta in comunicazione come i canali; ma non solo ha queste proteine, ha anche proteine in grado di definire la distribuzione degli ioni come le pompe di membrana.
• Eccitabilità: abilità a produrre e condurre impulsi elettrici

Selettività della membrana

Un altro meccanismo della cellula di far passare sostanze all’interno e all’esterno della cellula sono i meccanismi di endocitosi e esocitosi. Nel caso della cellula nervosa l’esocitosi è il meccanismo utilizzato per il rilascio dei neurotrasmettitori.

Canali ionici

I canali non sono tutti uguali in quanto hanno una certa selettività per uno ione. I canali sono regolati attraverso dei meccanismi che sono in grado di attivarli in maniera specifica e inattivarli (canali attivati da stimoli meccanici); per cui abbiamo dei canali attivati dal legami di una molecola (recettore nicotinico) chiamata ligando.

Un canale può essere nello stato aperto o chiuso in funzione al voltaggio cioè canali la cui conformazione cambia in funzione del potenziale di membrana perché c’è una diretta distribuzione di cariche che viene sentita dal canale e fa sì che cambi di conformazione. C’è un canale particolare voltaggio dipendente del sodio che non ha solo 2 tipi di conformazione (aperto o chiuso) ma ha anche una conformazione intermedia perché è caratterizzato da un doppio cancello cioè passa dallo stato chiuso allo stato aperto allo stato inattivo. La regolazione dei flussi ionici attraverso questi canali determina lo stabilirsi del potenziale di riposo ma determina anche la genesi di 2 tipi di segnali elettrici.