Neuroanatomia - Appunti

Cenni di filogenesi

Lo sviluppo è legato soprattutto a una spinta di natura evolutiva. Gli imperativi biologici sono la sopravvivenza della specie e la sopravvivenza dell’individuo. Per sopravvivere, una specie deve garantire la sopravvivenza dei suoi membri fino al momento della procreazione. È importante la capacità di percepire le condizioni esterne ed avere una risposta appropriata agli stimoli esterni.

Un neurone rispetto alle altre cellule è perfezionato nell’eccitabilità di membrana e nella comunicazione. Le cellule nervose si sviluppano durante la filogenesi specializzandosi nella comunicazione. Diventano quindi cellule iperspecializzate e perenni, quindi hanno il problema della rigenerazione. Sono presenti solo negli organismi pluricellulari in cui si differenziano dei tessuti (eumetazoi).

Nelle spugne (pluricellulari marini) compaiono elementi mioidi con capacità contrattili ed eccitabili in risposta a uno stimolo di natura meccanica. Negli cnidari si hanno elementi nervosi sensoriali che si differenziano negli epiteli. Sono in grado di rispondere a uno stimolo esterno e sono legate a elementi contrattili. La situazione si evolve nei cnidari superiori quando compare l’arco riflesso semplice (stimolo—>attività riflessa): oltre agli elementi neurosensoriali compaiono cellule nervose motorie.

Compare la sinapsi, una specializzazione della comunicazione. All’inizio sono di tipo elettrico bidirezionali, poi si hanno quelle di tipo chimico generalmente unidirezionali con un elemento presinaptico ed uno postsinaptico. Un altro salto evolutivo è la comparsa degli interneuroni, cellule nervose con nessun tipo di contatto con la periferia (esterno dell’organismo). Gli interneuroni si trovano tipicamente fra gli elementi sensoriali e gli elementi motori. Man mano si sale nella scala filogenetica, il numero di neuroni aumenta moltissimo fino a arrivare al 99,9% dei neuroni nel nostro caso.

Sistemi nervosi primitivi

I sistemi nervosi primitivi non sono come il nostro: si organizzano come una rete nervosa diffusa al di sotto dello strato più superficiale dell’organismo con molte sinapsi elettriche bidirezionali. Sinapsi: termine coniato da lord Sherrington, prevede un elemento presinaptico e uno postsinaptico, un neurotrasmettitore di tipo chimico. Sono quasi tutte unidirezionali e portano a una depolarizzazione o un’iperpolarizzazione della membrana postsinaptica. L’azione inibitoria o eccitatoria dipende dai recettori postsinaptici. Ci sono anche dei neuromodulatori che modulano l’azione dei neurotrasmettitori. Ci sono anche neurotrasmettitori per volume legati alla liberazione di gas nell’intorno e trasmissioni di tipo elettrico.

Le sinapsi possono terminare in punti diversi di un neurone: sul soma, sull’assone, sull’albero dendritico in posizione più prossimale o più distale. Interneuroni: sono una conquista evolutiva perché permettono di liberarsi dall’arco riflesso semplice e una gamma di comportamenti (circuiti più complessi). Possono essere sia eccitatori sia inibitori a seconda del circuito. Il 99,9% dei neuroni del nostro SNC sono interneuroni. Le uniche del centrale che hanno un contatto con la periferia sono i motoneuroni perché i neuroni pseudounipolari sono nei gangli sensitivi del SNP.

Tipi di trasmissione

• Diretta semplice
• Indiretta semplice (ritardo sinaptico per un interneurone)
• Trasmissione divergente: un interneurone permette di divergere lo stimolo con un ritardo sinaptico su più neuroni
• Ridistribuzione temporale: l’elemento sensoriale invia un input a un motoneurone e con una sinapsi contatta un interneurone che agisce successivamente dopo un tempo sinaptico sul motoneurone (anche attività di attivazione-inibizione)
• Convergenza
• Circuiti riverberanti: circuiti di controllo in cui il neurone si autoregola con uno stimolo che, attraverso una serie di elaborazioni più o meno complesse, torna alla sede originaria si partenza.

È avvenuto il progressivo raggruppamento in gangli e una progressiva centralizzazione rispetto all’asse di simmetria. C’è anche una polarizzazione (encefalizzazione): se ne mettono numerosi in un punto (testa) dell’organismo funzionale alle funzioni dell’organismo. Si forma quindi un polo cefalico e delle strutture recettoriali specifiche. Nei cefalocordati si ha un’organizzazione di tipo assiale ben visibile (anfiosso, archetipo del SN dei vertebrati). Compaiono delle vescicole e infine si ha la formazione di organi sovrassiali separati dalla periferia. L’ultimo passo è lo spostamento dei neuroni sensitivi al di fuori del SNC.

Gli organismi bilaterali tendono ad essere più attivi e quindi necessitano di organi di senso e di strutture con cui alimentarsi. Le cellule nervose che si organizzano nella porzione più anteriore ricevono input sensoriali e si sviluppa una sorta di cervello primitivo. A partire dai vermi piatti il sistema nervoso si polarizza. Il polipo ha il sistema nervoso più sofisticato tra gli invertebrati.

Il sistema nervoso dei vertebrati

Nel sistema nervoso dei vertebrati il cervello diventa più grande e complesso e compaiono dei rigonfiamenti (vescicole) nella porzione anteriore. Il midollo spinale è protetto dalle vertebre e connesso alla periferia da una via a doppio senso. Le fibre nervose sono segregate in vie ascendenti e vie discendenti. L’archetipo è quello dell’anfiosso con sistema nervoso tubulare localizzato dorsalmente.

Il sistema nervoso si suddivide in sistema nervoso centrale (parti localizzate nelle cavità dorsali dell’organismo) e periferico (insieme di fibre nervose e gangli che connettono il SNC con la periferia). Il periferico è fatto sia da fibre nervose sia da gangli, alcuni di natura sensitiva localizzati molto vicino al SNC e altri visceroreffettori appartenenti al SNA.

Vescicole encefaliche: romboenceflica (posteriore), mesencefalica (intermedia), prosencefalica (anteriore). Nel cervello più complesso di altri vertebrati il sistema nervoso si sviluppa attraverso 5 vescicole, perché alcune delle 3 primitive vanno incontro a suddivisione: la romboencefalica si suddivide in mielencefalica più sudale e metencefalica. La prosencefalica si suddivide in due telencefaliche e una diencefali durante l’ontogenesi. L’ontogenesi ripercorre la filogenesi.

Nei mammiferi compaiono due strutture: la neocorteccia e il neocerebellum. Il cervello aumenta di dimensioni relativamente all’aumento i dimensioni del corpo solo a partire da uccelli e mammiferi. I neuroni sensitivi primari si spostano fuori dal SNC nei gangli sensitivi (fanno parte del sistema nervoso periferico). Si formano gli organi sovrassiali con molti neuroni che si localizzano nelle cortecce. Durante lo sviluppo del sistema nervoso si sviluppano diversi tipi di cervello, circuiti nervosi che devono svolgere diversi tipi di funzione.

Nel sistema nervoso dell’uomo ci sono:

• 1210 neuroni (99,9% interneuroni)
• 1510 contatti sinaptici
• Organizzazione in:
• Sostanza bianca (assoni): cordoni, tratti, funicoli, fasci
• Sostanza grigia: nuclei (enclavi fenotipiche), cortecce

Permangono le regole fondamentali di convergenza e divergenza e si aggiungono circuiti riverberanti e di feedback. Il sistema nervoso funziona come una singola cellula nervosa: ha una parte recettoriale dove riceve delle informazioni, processa e integra queste informazioni ed emette un output.

Raccolta di informazioni: deve reagire ed adattarsi in continuazione a modificazioni o stimoli provenienti dall’ambiente esterno o dall’ambiente interno (mantenimento dell’omeostasi dell’ambiente interno). Gli stimoli sono forme di energie che devono arrivare al centro tramite la componente afferente del sistema nervoso periferico che porta le informazioni al sistema nervoso centrale. Servono delle strutture recettoriali semplici o complessi che sono dei trasduttori di energia. I recettori sono innervati da neuroni sensitivi primari localizzati in gangli sensitivi che sono o a livello dei nervi spinali o dei nervi cranici.

Il sistema nervoso centrale è contenuto nelle cavità dorsali (neurocranio e canale vertebrale). Elabora, integra e genera risposte. Le risposte devono essere portate alla periferia, grazie a una componente efferente del sistema nervoso periferico con attività di tipo volontario o involontario (riflesse). Determinano la contrazione della muscolatura liscia o striata o una modificazione della secrezione ghiandolare.

Sviluppo della sfera psichica: funzioni cerebrali complesse non necessariamente mirate alla sopravvivenza della specie e dell’individuo.

Per il SNC è periferia tutto quello che non è SNC (ambiente esterno e ambiente interno). Le afferenze si distinguono in base alla loro origine:

• Afferenze somatiche: ossa, muscoli striati, articolazioni, cute (interfaccia con il mondo esterno)
• Afferenze viscerali: muscolatura liscia, modificazioni del sangue (pH, pressione osmotica), pressione sanguigna
• Afferenze speciali: vista, udito, olfatto, gusto, equilibrio

Nel SNC: vie della sensibilità somatica, vie della sensibilità viscerale, vie della sensibilità speciale (vie ascendenti)

• Efferenze somatiche: muscoli striati
• Efferenze viscerali: muscolatura liscia, muscolatura cardiaca, ghiandole

Nel SNC: vie somatomotrici, vie visceroeffettrici (vie discendenti)

Sviluppo del sistema nervoso

Durante la 3ª settimana di sviluppo embrionale si ha la gastrulazione, un processo con cui si passa da un embrione bilaminare a uno trilaminare, poiché si forma il mesoderma intraembionale. Si possono riconoscere:

• Un asse anteroposteriore (rostro-caudale)
• Un asse dorsoventrale
• Un asse mediolaterale

Il disco embrionale ha una simmetria bilaterale. Sulla regione mediana si rileva un solco, la linea primitiva cranio-caudale, che si arresta al nodo cefalico o nodo di Hensen. Lungo la linea primitiva ‘scendono’ delle cellule in senso cefalico, separando endoderma da ectoderma, tranne nella sulla membrana buccofaringea e sulla membrana cloacale. (Ricorda che supera la membrana buccofaringea e va a formare la lamina cardiogenica).

Il mesoderma sotto alla linea basale forma una struttura nella regione rostrale importante per la formazione della testa e per la parte rostrale del sistema nervoso, la placca precordale o endoderma viscerale anteriore. Caudalmente alla placca precordale si ha la formazione della notocorda; mentre la notocorda si allunga la stria primitiva regredisce fino alla membrana cloacale.

La placca precordale e la notocorda producono una serie di fattori che hanno una funzione induttiva rispetto al mesoderma sovrastante e all’ectoderma sovrastante, con una sequenza temporale e una sequenza rostro-caudale. Un fattore importante in questo processo è il fattore BMP4, che mantiene l’ectoderma come tale. Nel momento in cui si forma la notocorda produce un fattore che a sua volta inibisce il fattore BMP4 e lo induce a differenziarsi in placca neurale.

La placca neurale è una zona ispessita perché quelle zone dell’ectoderma si allungano, diventano cilindriche. Si vede che c’è già una porzione più rostrale più estesa e una posizione caudale allungata. Inoltre c’è un territorio al limite tra placca neurale e ectoderma, il territorio della cresta neurale, che non viene incorporata nel tubo neurale. (Le cellule delle creste neurali andranno incontro a dei cambiamenti, acquisiscono capacità migratoria.)

Accanto alla posizione più caudale dell’ectoderma compaiono i somiti del mesoderma parassiale. (Nella regione della testa c’è il mesoderma parassiale ma non è segmentato). Nel territorio della placca neurale si forma un solco, le regioni più laterali si sollevano, poi si chiudono e si forma il tubo neurale. Anche le creste neurali si separano dalla placca neurale e rimangono momentaneamente lì vicine.

La fusione inizia dal 4º-5º somite e poi continua sia in senso rostrale che in senso caudale. Prima si chiude il neuroporo anteriore (24º giorno) e due giorni dopo (26º giorno) quello posteriore.

Riassumendo lo sviluppo del SN

• Formazione della placca neurale e del tubo neurale
• Proliferazione prima generalizzata (aumenta in toto la quantità di cellule) e poi localizzata, formazione di nuclei
• Differenziazione di neuroblasti e glioblasti
• Trasformazione dei glioblasti in cellule gliali
• Trasformazione dei neuroblasti in neuroni
• Costituzione di connessioni sinaptiche
• Ridimensionamento numerico della popolazione neuronale: i neuroni vengono prodotti in eccesso, ma dopo si ha un riadattamento, i neuroni muoiono per morte cellulare programmata, inizia una competizione per fattori trofici dal punto di vista delle sinapsi.
• Ridimensionamento delle connessioni sinaptiche e stabilizzazione sinaptica.

Il tubo neurale

Da un epitelio cilindrico semplice mentre la placca neurale si sta chiudendo si passa a un epitelio colonnare pseudostratificato mitoticamente attivo. (Nuclei ad altezze diverse, tutte poggiano su membrana basale). Nella parte basale si vedono parecchi fusi mitotici. Questo passaggio avviene perché il processo di proliferazione avviene attraverso un processo particolare chiamato migrazione nucleare intercinetica.

1. Divisione simmetrica nel piano dell’epitelio che genera due cellule figlie uguali, che estendono due prolungamenti, uno basale e uno apicale. Il fuso mitotico è orientato nel piano lungo il quale si sviluppa l’epitelio. I suoi nuclei sono mobili e vanno a disporsi a diverse altezze, a seconda delle fasi del ciclo cellulare. Il nucleo inizia a andare incontro a un processo di migrazione lungo lo spessore dell’epitelio entrando in fase G1, arrivano superficialmente e poi durante la fase S si sposta nello spessore dell’epitelio, e infine il nucleo viene rispostato in regione apicale, dove va incontro a divisione mitotica. La migrazione del nucleo è dovuta al fatto che in zone diverse nello spessore del tubo neurale ci sono fattori regolatori diversi che fanno sì che soltanto in un certo territorio possa avvenire la fase di sintesi, la G2, la mitosi, ecc… Se non avviene il movimento del nucleo non si ha un aumento numerico delle cellule nervose.

2. Perché le cellule entrino in un processo di differenziazione occorre una divisione asimmetrica che avviene in un piano perpendicolare al piano dell’epitelio. Soltanto una delle due cellule rimarrà in contatto con la zona adiacente al lume del futuro tubo neurale entrerà nel ciclo, mentre la cellula che ha perso il contatto entrerà nel processo differenziativo. Alcune cellule neuroepiteliali perdono il contatto con il margine interno del tubo neurale e contemporaneamente cessano di sintetizzare DNA. In questo modo si differenziano in neuroblasti, precursori dei neuroni multipolari. Questi neuroni si iniziano a ‘arrampicarsi’ sulla glia radiale (indifferenziata) e vanno a raggiungere la porzione prestabilita dello spessore del tubo neurale e da lì si staccano e iniziano a spostarsi tangenzialmente. Quando le cellule neuroepiteliali hanno smesso di produrre neuroblasti iniziano a differenziarsi in cellule che formano la neuroglia: gli astrociti (funzione di rifornimento nutritivo) e gli oligodendrociti (producono la mielina).

Il meccanismo di divisione simmetrica e asimmetrica è molto usato in generale negli epiteli, non solo nel sistema nervoso. Durante questo processo di proliferazione e differenziazione la parete del tubo neurale si organizza in tre zone:

• Una zona ventricolare: strato ependimale dove avvengono le mitosi, lo strato di cellule proliferanti (non più nell’adulto)
• Zona intermedia: strato mantellare: sostanza grigia, si accumulano i corpi dei neuroni
• Zona periferica: strato marginale: sostanza bianca, assoni

Questa organizzazione si ritrova nel midollo spinale e in parte nel tronco encefalico. Nella parte più rostrale (prosencefalo) del tubo neurale: i neuroni man mano che lasciano la zona di replicazione invece di portarsi nella zona mantellare vanno nello strato marginale (più superficiale), formando una corteccia, una placca precorticale. Sotto alla zona precorticale, che poi diventerà la corteccia, si forma la sostanza bianca. Abbiamo anche una zona di proliferazione più profonda di sostanza grigia che forma i nuclei profondi del telencefalo.

La genesi dei neuroni

Un neuroblasto per diventare neurone deve andare incontro a una serie di modificazioni: aumento delle dimensioni del corpo cellulare, formazione di un albero dendritico complesso in base al tipo di neurone, i dendriti si allungano, assumono un orientamento particolare nello spazio, poi avviene l’allungamento dell’assone.

Preparati di Golgi fatti sulla corteccia motoria umana: si vede come evolve la struttura dei neuroni nella stessa area in momenti diversi della vita dell’individuo. La maturazione è molto lunga e la ramificazione dendritica è massima a 2-3 anni, l’età in cui si apprende molto velocemente.

Mielinizzazione

Dopo la nascita c’è poca mielinizzazione nella via corticospinale, a livello delle radici motorie e in misura minore delle radici sensitive (bambino gira solo la testa, la maggior parte dei movimenti sono riflessi). Nel primo anno dopo la nascita si sviluppa tantissimo (Il bambino inizia a sollevare la testa volontariamente,...