Riassunto esame Struttura e funzionamento del sistema nervoso, prof. Raffaele, libro consigliato Neuroanatomia clinica, Waxman

Elementi fondamentali del sistema nervoso

Il Sistema Nervoso Centrale (SNC) riceve ed interpreta un’immensa quantità di informazioni sensitive, controlla una varietà di comportamenti motori semplici e complessi e si cimenta in esercizi di logica induttiva e deduttiva.

Piano generale del sistema nervoso

Anatomia

Sistema nervoso centrale (SNC) - Costituito dall’encefalo e dal midollo spinale. Racchiuso in una struttura ossea ed avvolto dalle meningi con spazi riempiti dal liquor.

Sistema nervoso periferico (SNP) - Formato dai nervi cranici e spinali.

Fisiologia

Sistema nervoso somatico - Innerva le strutture delle pareti del corpo (muscoli, cute e membrane mucose).

Sistema nervoso autonomo (viscerale) (SNA) - Controlla le attività dei muscoli lisci, le ghiandole degli organi interni (visceri), i vasi sanguigni e riporta all’encefalo le informazioni sensitive.

Unità strutturali e organizzazione comprensiva

La porzione centrale del SN consiste dell’encefalo che si prolunga nel midollo spinale. L’encefalo ha una struttura a più compartimenti sovrapposti che può essere suddiviso in emisferi cerebrali, tronco encefalico e cervelletto. La parte più rostrale del SN (emisfero cerebrale o proencefalo) è filogeneticamente la più avanzata ed è responsabile della maggior parte delle funzioni complesse. Più causalmente, il tronco encefalico, il bulbo e il midollo spinale esplicano funzioni meno avanzate ma essenziali.

Il cervello (proencefalo) è costituito da un telencefalo e da un diencefalo. Il telencefalo include la corteccia cerebrale (talvolta chiamata sostanza grigia), la sostanza bianca sottocorticale (così chiamata perché ha un aspetto brillante che deriva da un alto contenuto di lipidi della mielina; è formata da fibre mieliniche e non contiene cellule nervose né sinapsi) e i gangli della base, che sono masse grigie profonde all’interno degli emisferi cerebrali. Le suddivisioni del diencefalo sono il talamo e l’ipotalamo. Il tronco encefalico è composto da mesencefalo, ponte e bulbo. Il cervelletto è costituito dal verme e dai due lobi laterali.

L’encefalo è un organo che contiene un sistema di spazi chiamati ventricoli; il midollo spinale ha un canale centrale stretto che è in gran parte chiuso nell’adulto. Questi spazi sono riempiti dal liquido cerebrospinale (LCS).

Unità funzionali

L’encefalo contiene miliardi di neuroni e cellule gliali. I neuroni sono cellule specializzate, che ricevono e mandano segnali ad altre cellule attraverso le loro estensioni (assoni). Le informazioni sono elaborate e codificate in una sequenza di eventi elettrici o chimici che avvengono molto rapidamente. Numerosi neuroni hanno un corpo cellulare relativamente ampio e assoni lunghi. Gli interneuroni hanno corpi cellulari piccoli, assoni brevi e trasmettono impulsi localmente. Le cellule nervose sono spesso raggruppate in nuclei. Le cellule nervose raggruppate fuori dal SNC sono chiamate gangli. Altri elementi cellulari sono le cellule gliali, delle quali si conoscono differenti tipi.

Elaborazione nel sistema nervoso

Le cellule nervose si inviano reciprocamente segnali mediante le sinapsi. I trasmettitori chimici sono associati con la funzione della sinapsi: eccitazione o inibizione. Alcuni comportamenti molto primitivi (es. i riflessi) sono mediati da una semplice catena monosinaptica di due neuroni connessi attraverso una sinapsi. Comportamenti più complessi richiedono una più ampia rete neurale polisinaptica, nella quale sono coinvolti molti neuroni.

Tratti e commessure

Le connessioni tra gruppi di neuroni nel SNC formano fasci di fibre o tratti (fascicoli). Aggregati di fascicoli sono identificati come cordoni (funicoli). I tratti possono discendere o ascendere. Le vie di collegamento verticale, nel loro decorso, possono incrociarsi (decussare) da un lato del SNC all’altro. Le connessioni orizzontali sono chiamate commissure. I tratti multipli connettono molte parti del sistema nervoso. La molteplicità dei tratti consente al Sistema Nervoso anche un elevato grado di ridondanza: dopo una parziale distruzione del sistema nervoso, solo alcune funzioni saranno perdute; altre possono essere conservate.

Simmetria del sistema nervoso

Il sistema nervoso è costituito con una simmetria bilaterale. Questo è più evidente nell’encefalo e nel cervelletto, che sono organizzati negli emisferi di destra e di sinistra. Anche nelle strutture più caudali, quali il tronco encefalico e il midollo spinale, che non sono organizzati in emisferi, c’è una simmetria tra i due lati.

Rappresentazione crociata

Un altro tema generale nella costruzione del sistema nervoso è la rappresentazione crociata e la decussazione: il lato destro dell’encefalo riceve informazioni concernenti il lato sinistro e viceversa. Ci sono eccezioni occasionali a questa modalità di innervazione crociata, per esempio il muscolo sternocleidomastoideo sinistro è controllato dalla corteccia cerebrale sinistra. C’è un’eccezione importante alla regola del controllo motorio crociato: quale risultante dell’organizzazione delle afferenze ed efferenze cerebellari, ogni emisfero cerebellare controlla la coordinazione ed il tono muscolare dallo stesso lato (ipsilaterale) del corpo.

Mappe del mondo esterno rappresentate nell’encefalo

L’encefalo esegue delle mappe dei vari aspetti del mondo esterno. Nella corteccia cerebrale, c’è una mappa sensitiva che ha la forma di un piccolo uomo (chiamata homunculus). All’interno della corteccia sensitiva ci sono mappe multiple del mondo visivo all’interno dei lobi occipitali, temporali e parietali. Queste mappe sono chiamate retino topiche perché conservano le relazioni geometriche tra oggetti di cui le immagini sono proiettate sulla retina.

Sviluppo

I primi fasci di fibre nervose appaiono intorno al secondo mese di vita fetale; i fasci motori discendenti maggiori compaiono intorno al quinto mese. La mielinizzazione delle fibre nervose del midollo spinale inizia intorno alla metà della vita fetale, ma alcuni fasci non sono mielinizzati completamente prima dei 20 anni. I fasci più antichi mielinizzano per primi. I fasci corticospinali mielinizzano durante il primo e il secondo anno di vita. Durante lo sviluppo del sistema nervoso, gli assoni in accrescimento, sono guidati verso l’obiettivo da raggiungere, da molecole-guida extracellulari (netrine e semaforine).

Sistema nervoso periferico

Il sistema nervoso periferico è composto da nervi spinali, cranici e dai loro gangli associati. I nervi contengono fibre nervose che conducono informazioni al (afferenze) o dal (efferenze) SNC. In generale, le fibre efferenti sono coinvolte nelle funzioni motorie, le fibre afferenti trasportano stimoli sensitivi dalla cute, membrane mucose e strutture profonde.

Il tessuto nervoso e le sue cellule

Aspetti cellulari dello sviluppo del sistema nervoso

Nelle fasi precoci dello sviluppo del sistema nervoso si viene a formare un tubo vuoto costituito da tessuto ectodermico neurale. Gli elementi cellulari del tubo sono indifferenziati inizialmente, ma successivamente danno origine a vari tipi di neuroni e di cellule gliali.

Strati del tubo neurale

• La zona ventricolare (ependima), intorno al canale centrale del tubo.
• La zona intermedia, formata da cellule in divisione della zona ventricolare, che si estende tra la superficie ventricolare e lo strato più esterno (piale).
• La zona marginale esterna, successivamente formata dai prolungamenti delle cellule nervose della zona intermedia.

Le cellule della zona intermedia, aumentando di numero, danno origine alla sostanza grigia. I prolungamenti delle cellule nervose nella zona marginale diventano sostanza bianca dopo essere state mielinizzate.

Differenziazione e migrazione

I neuroni più grandi (perlopiù i neuroni motori) si differenziano per primi. I nuovi neuroni formatisi possono migrare a distanza attraversando regioni neuronali formate precedentemente. Quando appaiono, le cellule gliali costituiscono una struttura di supporto che guida i neuroni verso le loro aree specifiche. Le cellule più recenti della futura corteccia cerebrale migrano dagli strati più profondi verso quelli più superficiali. I neuroni più piccoli del cervelletto in formazione migrano dapprima verso la superficie e poi verso gli strati più profondi.

Neuroni

I neuroni variano in grandezza e complessità. Le cellule nervose con lunghi processi sono più grandi di quelle con processi corti. Alcuni neuroni mandano prolungamenti dalla corteccia cerebrale verso il midollo spinale inferiore (60 cm in un bambino, 120 cm in un adulto). Altri hanno processi molto brevi che mettono in connessione, per esempio, solo le cellule della corteccia cerebrale. Questi piccoli neuroni sono chiamati interneuroni.

Numerosi processi si dipartono dal corpo cellulare della cellula nervosa e sono chiamati assoni e dendriti. Molti neuroni danno origine ad un singolo assone e a molti dendriti. La parte recettoriale del neurone è il dendrite, o zona dendritica. La parte che conduce lo stimolo (parte trasmittente) è l’assone. L’estremità distale dell’assone è chiamata terminale sinaptico o arborizzazione. Il corpo della cellula neuronale è chiamato soma, o pericarion.

Corpi cellulari

Il corpo cellulare è il centro metabolico e generico di un neurone. Il corpo cellulare e i dendriti costituiscono il polo recettivo del neurone. Le sinapsi da altri neuroni o i processi gliali tendono a ricoprire la superficie del corpo cellulare.

Dendriti

I dendriti ricevono l’informazione sinaptica in arrivo e pertanto, insieme al corpo cellulare, costituiscono il polo ricettivo del neurone. La maggior parte dei neuroni hanno molti dendriti. Poiché molti dendriti sono lunghi e sottili, essi si comportano come resistenze, isolando i singoli eventi elettrici. Le ramificazioni dei dendriti possono essere molto complesse e determinano il modo con cui i neuroni integrano gli impulsi sinaptici provenienti da varie fonti. Alcuni dendriti possono dare origine a spine dendritiche, piccole estroflessioni a forma di fungo che comportano come piccole ramificazioni dendritiche.

Assoni

La maggior parte dei neuroni dà origine a un singolo assone. L’assone è un tubo cilindrico di citoplasma avvolto da una membrana, l’assolemma. Un citoscheletro di neurofilamenti e microtubuli corre all’interno dell’assone. Motori molecolari specializzati (di chinesina) legano vescicole contenenti molecole (es. neurotrasmettitori) che vengono trasportate lungo i microtubuli utilizzando ATP. L’assone conduce segnali elettrici dal segmento iniziale verso le terminazioni sinaitiche. Il segmento iniziale ha caratteristiche morfologiche peculiari. L’assolemma del segmento iniziale contiene un’alta densità di canali del sodio, i quali consentono al segmento iniziale di comportarsi come una zona grilletto. In questa zona sono generati i potenziali d’azione (trigger) che poi viaggiano lungo gli assoni, fino ad invadere i rami assonali terminali e innescare l’attività sinaptica, la quale ha un effetto sugli altri neuroni. Nei neuroni di maggiore dimensione, il segmento iniziale origina dal monticolo assonico, una regione a forma di cono del corpo cellulare. La lunghezza degli assoni varia da pochi micron a ben oltre un metro e il diametro è compreso tra 0,1 micrometro a più di 20 micrometri.

Mielina

Molti assoni sono avvolti dalla mielina. La mielina è costituita di multipli strati concentrici di membrane ricche di lipidi prodotte dalle cellule di Schwann nel sistema nervoso periferico e dagli oligodendrociti nel sistema nervoso centrale. La guaina mielinica è divisa in segmenti di circa un millimetro di lunghezza da piccole interruzioni dove la mielina è assente; queste sono i nodi di Ranvier. Gli assoni più piccoli sono mielinici. La mielinizzazione serve ad aumentare la velocità della conduzione dell’impulso nervoso lungo l’assone.

Trasporto assonale

Oltre alla conduzione dei potenziali di azione, gli assoni trasportano materiale dal corpo cellulare al terminale sinaptico (trasporto anterogrado) e dal terminale sinaptico verso il corpo cellulare (trasporto retrogrado). Il trasporto anterogrado può essere veloce o lento. Il trasporto retrogrado è simile al trasporto rapido anterogrado. Un assone può essere tagliato, strappato, schiacciato o compresso. Dopo una lesione a carico dell’assone, il corpo della cellula neuronale risponde entrando in una fase chiamata di reazione assonale o cromatolisi. Gli assoni all’interno dei nervi periferici possono rigenerare rapidamente subito dopo il loro strappamento, mentre quelli all’interno del SNC non tendono a rigenerare.

Sinapsi

La comunicazione tra neuroni avviene normalmente dall’assone terminale dei neuroni attivi alla regione ricettiva dal neurone ricevente. Questa struttura intraneuronale specializzata costituisce una sinapsi o giunzione sinaptica. Alcune sinapsi sono localizzate tra un assone e un dendrite (sinapsi assodendritica, generalmente eccitatoria), mentre altre sono localizzate tra un assone e un corpo cellulare neuronale (sinapsi assosomatica, generalmente inibitoria). Altre sinapsi sono localizzate tra un terminale assonico ed un altro assone; queste sinapsi assoassoniche modulano il rilascio di trasmettitore da parte dell’assone post-sinaptico. La trasmissione del potenziale d’azione nella maggior parte delle sinapsi coinvolge il rilascio di una sostanza chimica trasmettitrice. In altre sinapsi, l’impulso elettrico passa direttamente da una cellula all’altra attraverso giunzioni specializzate chiamate sinapsi elettriche, o gap junctions. Le sinapsi chimiche hanno diverse caratteristiche: le vescicole sinaptiche, una fessura sinaptica. Le vescicole sinaptiche contengono neurotrasmettitori, e ogni vescicola contiene un determinato quanto, di trasmettitore. Quando il terminale sinaptico si depolarizza, avviene un flusso in entrata di calcio. Questo flusso di calcio determina la fosforilazione di una classe di proteine chiamate sinapsine. Dopo la fosforilazione delle sinapsine, le vescicole sinaptiche si accostano alla membrana presinaptica che aggetta verso la fessura sinaptica, si fondono con essa, e quindi rilasciano il loro trasmettitore. Oltre al rilascio calcio-dipendente del neurotrasmettitore contenuto nelle vescicole, esiste un secondo modo di rilascio del neurotrasmettitore che non è calcio dipendente. Questa modalità di rilascio dipende dalle molecole di trasporto, che normalmente hanno il compito di recuperare il trasmettitore dalla fessura sinaptica.

Raggruppamenti neuronali e connessioni

In molte parti del sistema nervoso i corpi neuronali sono raggruppati in maniera caratteristica. Sia nella corteccia cerebrale che in quella cerebellare, i corpi cellulari si aggregano a formare degli strati chiamati lamine. I corpi delle cellule neuronali nel midollo spinale, nel tronco encefalico, e nell’encefalo formano gruppi compatti, o nuclei. Ogni nucleo contiene neuroni di proiezione, i cui assoni trasportano impulsi ad altre parti del sistema nervoso, ed interneuroni, la cui attività si estrinseca in un breve raggio all’interno del nucleo. Nel SNP, questi gruppi compatti di corpi neuronali sono chiamati gangli. I gruppi di cellule nervose sono connessi attraverso vie formate da fasci di assoni. In alcune vie, i fasci assonali sono sufficientemente delimitati da essere identificati come tratti, o fascicoli. Aggregati di tratti nel midollo spinale sono definiti come cordoni o funicoli. Nell’encefalo, certi tratti sono definiti come lemnischi. In alcune regioni dell’encefalo, gli assoni sono mischiati con dendriti e non sono associati in fasci. Queste reti di connessioni neuronali sono chiamate neuropilo.

Neuroglia

Nell’encefalo e nel midollo spinale le cellule neurogliali superano i neuroni. Esse non formano sinapsi.

Macroglia

Il termine macroglia si riferisce agli astrociti e oligodendrociti, cellule derivate dall’ectoderma. A differenza dei neuroni, queste cellule possono avere la capacità, in alcune circostanze, di rigenerare.

Astrociti

Ci sono due grandi classi di astrociti: protoplasmatici e fibrosi. Gli astrociti protoplasmatici sono più delicati e i loro numerosi processi sono ramificati. Essi si trovano nella sostanza grigia o in qualità di cellule satelliti a livello dei gangli delle radici dorsali. Gli astrociti fibrosi sono più fibrosi, e i loro processi sono raramente ramificati. Gli astrociti formano un supporto strutturale al tessuto nervoso e agiscono durante lo sviluppo come linee guida che indirizzano la migrazione neuronale. Essi consentono il mantenimento di una concentrazione adeguata di ioni come K+. Gli astrociti possono anche svolgere un ruolo nella trasmissione sinaptica. Gli astrociti formano uno strato di copertura sull’intera superficie del SNC e proliferano contribuendo alla riparazione del tessuto nervoso danneggiato. Questi astrociti sono più ampi, sono più facilmente colorabili, poiché essi contengono una proteina caratteristica, specifica degli astrociti: la proteina acida glio fibrillare (GFAP). La proliferazione cronica degli astrociti porta a una gliosi fibrillare, talvolta chiamata cicatrice gliale.

Oligodendrociti

Gli oligodendrociti predominano nella sostanza bianca. Essi formano la mielina nel SNC e possono fornire nutrimento ai neuroni che essi avvolgono. Un oligodendrocita può mielinizzare fino a 40-50 assoni.