Sistema nervoso, Anatomia

Sistema nervoso

Il cervello è una rete di fibre nervose che portano informazioni da una cellula all’altra, anche distanti, rappresentando due punti collegati tra loro, creando una sinapsi, oppure tra nucleo e nucleo; due punti senza collegamenti non comunicano.

Le vie nervose per le informazioni hanno delle stazioni intermedie, determinando un certo ritardo per il passaggio delle informazioni, quindi più stazioni ci sono, più la trasmissione sarà lenta.

Questo sistema risale alla fine del 1800, inizio 1900, epoca in cui vissero Santiago Ramon y Cajal e Camillo Golgi; Golgi sosteneva la teoria reticolarista, cioè il tessuto nervoso si pensava che fosse un sincizio come quello del cuore. In realtà Cajal elaborò la teoria del neurone, affermando che il sistema nervoso fosse formato da elementi distinti, cioè i neuroni. Nel 1906 presero entrambi il Nobel per la medicina. Golgi scoprì inoltre il sistema per colorare le cellule nervose, lo scoprì per caso lasciando un cervello in un secchio pieno di sali d’argento; poco tempo dopo, quando Golgi tornò, il cervello si era imbrunito, andando a creare così il “metodo di Golgi”, sfruttato poi anche da Cajal per le sue teorie. Più recentemente si è un po’ tornati, con delle variazioni, alla teoria reticolarista, poiché si pensa a delle reti funzionali nervose.

La connettività può essere effettiva, cioè le cellule si scambiano informazioni, oppure funzionale, una cellula non è mai stata connessa con un’altra ma una volta c’è stato un flusso di informazioni attraverso stazioni intermedie.

Teoria dei grafi

Esistono dei blocchetti nel cervello che consumano ossigeno, cioè spendono energia; questo significa che fanno parte di una rete, infatti si attivano parti diverse del cervello insieme e svolgono una sola funzione, prendendo il nome di “teoria dei grafi” (rete come quella di Facebook, dove invece esiste la “teoria di Matt Damon” secondo cui una persona può diventare amica di Matt Damon solo attraverso altre 7 persone, altri 7 punti intermedi).

Neuroni e cellule di glia

Nel sistema nervoso ci sono neuroni e cellule di glia, i primi sono cellule eccitabili che possono trasmettere informazioni tra di loro mentre le seconde sono le cellule che fanno da collante (glia infatti deriva dall’inglese glue) e da sostegno per i neuroni, hanno attività elettrica e influenzano quella dei neuroni.

La teoria dei neuroni vede i neuroni come unità elementare responsabili dei processi nervosi; ogni cellula presenta dei prolungamenti.

Polarizzazione dinamica

La polarizzazione dinamica rappresenta i messaggi nervosi nel neurone che hanno una direzione costante e prevedibile, arrivando sui dendriti o sul corpo cellulare per poi procedere verso l’assone. Vi è una specificità nelle connessioni in quanto le cellule nervose sono isolate e si connettono a cellule bersaglio specifiche con una selezione nei contatti.

I neuroni si possono organizzare in lamine o strati, come la corteccia cerebrale e la cerebellare, o raggruppati in strutture tondeggianti dette nuclei nel sistema nervoso centrale e gangli nel sistema nervoso periferico. Le strutture laminari sono più strati paralleli alla superficie, possono essere orizzontali o seguire delle pieghe; lo strato superficiale è detto strato molecolare.

In una cellula nervosa c’è un corpo cellulare, una serie di prolungamenti detti dendriti, vicini al corpo cellulare e l’assone, prolungamento singolo molto più lungo; le informazioni passano dai dendriti al corpo e poi all’assone. I dendriti si ramificano ad angolo acuto; in alcuni casi sulla superficie dei dendriti ci sono delle spine dendritiche, profusioni della membrana, importanti poiché non sono stabili ma in continuo divenire (scoperti di recente, siccome prima si facevano solo foto e non si poteva così studiare il cambiamento). Le spine dendritiche sono dei punti in cui arrivano i contatti sinaptici e il loro numero è variabile, ma più spine significa più stimolazioni; molte malattie sono causate dalla variazione del numero e forma delle spine, per lo più sono malattie genetiche.

L’assone è più fine del dendrita, si ramifica ad angolo retto e ha un calibro costante; il punto iniziale prende il nome di monticolo assonico, importante poiché qui si ha la sommatoria di tutti i segnali che arrivano ai dendriti e al corpo cellulare, infatti non basta un solo segnale per eccitare un neurone. I segnali sono eccitatori o inibitori; se si supera una certa soglia si sviluppa il potenziale d’azione.

Tipologie di cellule nervose

In base al numero di prolungamenti ci sono:

• Cellule unipolari (un corpo cellulare e un assone);
• Cellule bipolari (1 assone, un dendrita e un corpo cellulare);
• Cellule pseudounipolari (un solo prolungamento che poi si biforca e rimane un neurone con un prolungamento a T);
• Cellule multipolari (tanti dendriti e un solo assone).

Il corpo cellulare contiene il nucleo, dentro cui c’è il nucleolo; nel citoplasma si trovano delle zolle, le quali sono sostanza tigroide di Nissl, cioè reticolo endoplasmatico rugoso. Nel citoplasma ci può anche essere del pigmento; in alcuni nuclei ci sono cellule pigmentate poiché producono sostanze particolari, ad esempio cellule della sostanza nera che contengono melanina; il morbo di Parkinson è una degenerazione della sostanza nera. Se si trovano strutture ricche di ferro si avrà una colorazione rossastra; esistono anche altri pigmenti che si accumulano con l’età, ad esempio la lipofuscina.

Composizione e proprietà dell'assone e dei dendriti

L’assone e i dendriti sono i prolungamenti che hanno forme diverse ma sono anche diversi per composizione molecolare, cioè per i componenti del citoscheletro; sono diversi anche dal punto di vista delle proprietà elettriche poiché l’assone trasmette il potenziale d’azione con una logica binaria, cioè o è eccitato se no non trasmette nulla. Lungo il suo percorso, l’assone, mantiene il suo potenziale d’azione anche se si ramifica poiché si auto rigenera, come una miccia coperta di polvere da sparo. Nel dendrite invece il segnale elettrico sulla sua superficie si perde lungo la lunghezza; è graduato, poiché solo quando arriva ad un certo numero di stimoli si scatena il potenziale d’azione sul corpo cellulare.

Sinapsi

Il punto di contatto tra le cellule si dice sinapsi e qui avviene lo scambio delle informazioni; le informazioni possono essere chimiche, dove il segnale elettrico crea una distribuzione delle cariche ai lati della membrana determinando un potenziale di membrana. Quando la cellula si eccita il potenziale di membrana si inverte e se supera una certa soglia si avrà il potenziale d’azione. Se il messaggio, invece, è di tipo elettrico si ha la sinapsi con un’altra cellula, si trasforma in chimico con il rilascio di neurotrasmettitori e sostanze chimiche; chi riceve la sinapsi trasforma il messaggio da chimico di nuovo ad elettrico. L’elemento pre-sinaptico manda informazioni al post-sinaptico; tra i due c’è la fessura sinaptica.

Nel bottone o elemento pre-sinaptico arriva il potenziale d’azione, le vescicole vanno a fondersi con la membrana pre-sinaptica ed estrudono il loro contenuto, cioè il neurotrasmettitore, nella fessura sinaptica, dove entra in contatto con le molecole presenti sulla superficie dell’elemento post-sinaptico, detti recettori, specifici per ogni neurotrasmettitore. I recettori sono costituiti da proteine canale cioè quando il neurotrasmettitore entra in contatto con il recettore, si apre un canale che fa entrare ioni nella cellula, trasformando adesso il messaggio da chimico ad elettrico.

I farmaci agiscono sulla neurotrasmissione cambiando la produzione dei neurotrasmettitori oppure agendo sul rilascio delle vescicole o sui recettori; possono essere agonisti se si legano ai recettori e li stimolano oppure antagonisti se li bloccano. Il tempo durante il quale il neurotrasmettitore è nella fessura è limitato poiché gli enzimi lo demoliscono; si hanno anche dei meccanismi di ricaptazione per il neurotrasmettitore nell’elemento pre-sinaptico e le cellule di glia che captano il neurotrasmettitore dall’interstizio.

Sinapsi elettriche

Esistono sinapsi elettriche le quali a livello delle gap junction presentano canali che mettono in comunicazione il citoplasma dei neuroni, permettendo il passaggio diretto degli ioni, i quali sono bidirezionali.

Le sinapsi possono essere:

• Asso dendritiche,
• Asso spinose (finiscono sulle spine),
• Asso somatiche (tra assone e corpo cellulare),
• Assoassoniche (tra due assoni),
• Dendrodendritiche (tra due dendriti);

Sono eccitatorie se stimolano l’eccitazione dell’elemento post-sinaptico mentre sono inibitorie se la deprimono, due tipi morfologicamente diversi.

Neurotrasmettitori

I neurotrasmettitori sono:

• Acetilcolina (agisce nel sistema nervoso autonomo, a livello della giunzione neuromuscolare, determinando la contrazione dei muscoli);
• Ammine biogene (dopamina, adrenalina, noradrenalina, serotonina);
• Aminoacidi (GABA, cioè acido gamma-amino-butirrico, glicina e glutammato) e un gas (nitrossido o monossido d’azoto).

Il gas si conosce da metà anni ’90, molto più diffusibile degli altri neurotrasmettitori, con un’azione più ampia, alla base del funzionamento del viagra. L’azione di GABA e glicina è diversa a seconda del recettore a cui si legano.

Nelle vescicole sinaptiche ci sono dei peptidi detti neuroattivi poiché agiscono sul sistema nervoso con un’azione modulatoria della trasmissione sinaptica.

Mielina

Alcuni assoni sono avvolti dalla mielina per una conduzione nervosa più veloce e stabile anche per lunghi tratti (principio di tutti i cavi elettrici). La mielina è rappresentata dalla membrana delle cellule di glia che si avvolge; le cellule di glia che creano la mielina prendono nomi diversi: sono oligodendrociti se si trovano nel sistema nervoso centrale e sono cellule di Schwann se si trovano nel sistema nervoso periferico. Gli oligodendrociti avvolgono diversi assoni, mentre una cellula di Schwann avvolge soltanto un assone. La mielina centrale ha le molecole che inibiscono la crescita degli assoni, nel sistema nervoso centrale adulto; gli assoni tagliati non ricrescono, invece la mielina periferica non ha molecole di stop così gli assoni possono rigenerare.

Si identificano piccoli anellini che rappresentano la fibra nervosa. La singola cellula di glia non può avvolgere tutto l’assone quindi ci sono cellule di glia diverse; nell’avvolgimento ci sono interruzioni dette nodi di Ranvier, dove gli assoni sono a contatto con l’interstizio e qui avviene uno scambio di ioni con il liquido interstiziale. La trasmissione del segnale salta da un nodo all’altro creando una conduzione saltatoria. Lungo l’assone ci sono aree dove la mielina è più chiara e prendono il nome di incisure di Schmidt-Lantermann, dove avviene un flusso di citoplasma tra i diversi anelli mielinici.

La mielina è intaccata dalla sclerosi multipla dove si formano anticorpi verso la propria mielina con un rallentamento della conduzione nervosa. La mielina periferica è intaccata invece dal microbatterio della lebbra.

Flusso di molecole lungo l'assone

Lungo l’assone c’è un via vai continuo di molecole poiché dal corpo cellulare si sviluppa la sinapsi con un flusso anterogrado (verso la periferia) o retrogrado.

L’anterogrado serve per portare molecole alle sinapsi mentre l’altro porta fattori trofici dalla periferia al corpo, ad esempio le molecole liberate dal bersaglio con funzione di mantenimento sul neurone. Questa via a volte è però utilizzata da virus e tossine, come quella botulinica e quella colerica, per arrivare al corpo cellulare e uccidere il neurone. Il botulino è utilizzato in medicina per le persone con un’eccessiva sudorazione alle mani, per la vescica molto contrattile dei paraplegici, nonché per le iniezioni al viso.

Durante lo sviluppo gli assoni per i muscoli sono prodotti in eccesso e quindi sono in competizione tra loro; i primi che arrivano al muscolo sopravvivono mentre gli altri muoiono, circa il 50% di quelli prodotti. Se rimanessero tutti e non ci fosse questa selezione, l’embrione morirebbe. Se c’è meno zona da innervare, i motoneuroni nel midollo sono anche presenti in numero minore.

Ruolo della glia

La glia è un insieme di tipi diversi di cellule, subito scoperta pareva avesse solo una funzione di supporto ma in realtà si è scoperto che è importante per la trasmissione nervosa. Viene suddivisa in: centrale, nel SNC, e periferica, nei nervi periferici; nella glia centrale si trovano: astrociti, oligodendrociti (responsabili della mielinizzazione), microglia (funzione immunitaria e infiammatoria, derivante dai macrofagi) e cellule ependimali (rivestono le cavità del SNC); la glia periferica contiene invece: cellule di Schwann (funzione omologa agli oligodendrociti) e cellule satelliti nei gangli dei nervi spinali.

Le cellule di glia hanno molteplici funzioni: di sostegno, in alcuni punti producono alcuni tipi di mielina, fagocitaria e cicatriziale, in quanto se vi sono lesioni nel sistema nervoso, la glia partecipa ai processi riparativi o riassorbe le cellule morte; inoltre tampona la concentrazione di ioni Potassio K nel liquido extracellulare, fondamentale per l’attività elettrica dei neuroni. Durante lo sviluppo, le cellule di glia guidano la migrazione dei neuroni e dei loro assoni; queste cellule partecipano anche alla formazione della barriera ematoencefalica, filtro tra il sangue e il cervello, in modo tale che non tutto ciò che si trova nel sangue possa entrare in contatto con il tessuto nervoso, determinando una protezione ma anche eventuali problemi; ha inoltre una funzione nutritizia nei confronti dei neuroni.

Microglia

La microglia è un tipo di fagocita, il quale durante lo sviluppo si è stanziato nel SNC; nasce quindi da elementi ematici, del sangue, per trasformarsi in elementi del SNC; se ne possono reclutare di nuovi in condizioni patologiche, determinando un aumento del numero degli elementi cellulari.

Ne esistono due tipi: cattiva, responsabile in parte della neuroinfiammazione, quindi in caso di malattia peggiora la patologia; e buona, la quale invece stimola i processi riparativi.

Durante lo sviluppo, la microglia elimina connessioni e sinapsi in eccesso poiché vi è una iperproduzione di neuroni e connessioni, raffinati man mano che si ha la maturazione del cervello. La microglia presenta l’antigene ai linfociti e può avere una risposta positiva, quindi vengono eliminati i patogeni oppure negativa, dove si scatena una malattia autoimmune; inoltre regola la proliferazione delle cellule staminali, comprese quelle tumorali, e possono essere quindi responsabili dei virus nel SNC poiché fanno da supporto ad alcuni batteri; infine, la microglia stimola la demielinizzazione, come avviene nella sclerosi multipla.

Produzione di mielina

Gli oligodendrociti e le cellule di Schwann producono mielina per, rispettivamente, il SNC e il SNP; gli oligodendrociti possono avvolgere più assoni contemporaneamente, in media 15, mentre le cellule di Schwann possono avvolgere un solo assone; si tratta di un aspetto morfologico. Producono una diversa mielina che contiene infatti molecole differenti, poiché la periferia permette la rigenerazione degli assoni, mentre la centrale la inibisce.

Astrociti

Gli astrociti sono delle cellule a forma, più o meno, stellata, con lunghi processi, i quali, in superficie nel SNC, costituiscono la guaina limitante. Questi processi sono a contatto con l’endotelio dei vasi, caratteristica importante per la barriera ematoencefalica. Gli astrociti sono importanti nello spazio sinaptico e nell’interstizio poiché riassorbono i neurotrasmettitori e rimuovono l’eccesso di ioni K, poiché se no i neurotrasmettitori avrebbero un effetto troppo prolungato. Rimuovono anche gli elementi degenerati, con l’aiuto della microglia, e producono la cicatrice di glia se c’è un danno consistente. Si trovano nella corteccia del cervelletto, a livello della retina, disposti perpendicolari alla superficie; si trovano anche nella corteccia cerebrale dove si hanno cellule di glia radiale, importanti per la migrazione dei neuroni nello sviluppo, al cui termine cambiano forma e diventano astrociti.

Neuroanatomia macroscopica

Gli studi sull’anatomia iniziarono con gli Egizi, nel 3000 a.C., dove il medico più famoso, Imhotep, descriveva già le aree del linguaggio; Gall e Spurzheim, nel 1800 circa, iniziarono gli studi di frenologia e cranioscopia.

Il sistema nervoso si divide in: centrale, racchiuso nel cranio e nel canale vertebrale, comprendente encefalo e midollo spinale; e in periferico, formato da nervi cranici e spinali; dal SNC partono fasci di fibre nervose verso il SNP. Il sistema nervoso autonomo regola le attività viscerali, con centri nel SNC e nervi periferici a sé stanti; esiste ancora un altro tipo di sistema nervoso, quello che si sviluppa nel tubo digerente e regola l’attività gastro-intestinale e la secrezione ghiandolare nel tubo digerente, detto enterico (SNE).

Il SNC si sviluppa in un tubo neurale, a livello di quello che sarà il futuro midollo spinale; l’aspetto è cilindrico e qui si trova il canale ependimale, detto così poiché rivestito di ependima. Salendo si nota che il tubo, durante lo sviluppo, si dilata in tre vescicole, le quali daranno origine a 5 vescicole; all’interno si trovano i ventricoli, cavità dilatate o un canale detto acquedotto.

La vescicola più bassa viene detta romboencefalo, la quale darà prima origine ad una vescicola più caudale detta midollo allungato e poi ad una seconda vescicola detta metencefalo; quest’ultima da origine, in avanti, al cosiddetto ponte, mentre indietro, al cervelletto. La cavità del romboencefalo crea il quarto ventricolo cerebrale.

La seconda delle tre vescicole iniziali è il mesencefalo, il quale, al termine dello sviluppo, rimane invariato; al suo interno c’è il canale centrale, il quale non si dilata e prende il nome di acquedotto di Silvio (dal nome di un anatomico tedesco).