ATTIVITA' FISICA E SISTEMA NERVOSO AUTONOMO

Scuola di Medicina

Dipartimento di Medicina Clinica e Sperimentale

Dipartimento di Patologia Chirurgica, Medica, Molecolare e dell'Area Critica

Dipartimento di Ricerca Traslazionale e delle Nuove Tecnologie in Medicina e Chirurgia

CORSO DI LAUREA MAGISTRALE IN SCIENZE E TECNICHE DELLE ATTIVITA’ MOTORIE PREVENTIVE ED ADATTATE

“ATTIVITA’ FISICA E SISTEMA NERVOSO

AUTONOMO”

INDICE

1. ANATOMIA SISTEMA NERVOSO

1.1. I NEURONI

1.2. PROPRIETA’ E CLASSIFICAZIONE DELLA

CELLULA NERVOSA

1.3. FIBRA NERVOSA

1.4. SISTEMA NERVOSO AUTONOMO

1.5. SISTEMA ORTOSIMPATICO E

PARASIMPATICO

2. FISIOLOGIA SISTEMA NERVOSO

2.1. SINAPSI

2.2. NEUROTRASMETTITORI

2.3. DIFFERENZE DI ECCITAZIONE TRA

SISTEMA SIMPATICO E PARASIMPATICO

3. RELAZIONE TRA SISTEMA NERVOSOSO

AUTONOMO E SISTEMA CARDIOVASCOLARE

3.1. FISIOLOGIA SPECIALE DELLA FUNZIONE

CARDIOVASCOLARE

4. RUOLO DELL’ ATTIVITA’ FISICA NEL SISTEMA

NERVOSO

4.1. ADATTAMENTI DEL SISTEMA NERVOSO

AUTONOMO DURANTE L’ATTIVITA’ MOTORIA

5. OGGETTO DELLO STUDIO

5.1. DESCRIZIONE MATERIALE

5.2. MEZZI E METODI

CONCLUSIONI

RINGRAZIAMENTI

BIBLIOGRAFIA

INTRODUZIONE

In questo lavoro di tesi si è voluto dimostrare principalmente gli effetti dell’attività fisica sul sistema nervoso autonomo ed in particolare su un’attività da esso controllata, cioè la frequenza cardiaca. In letteratura sono presenti tanti studi che dimostrano le modificazioni del sistema nervoso in seguito all’allenamento per i fisiologici adattamenti ad un’attività. E’ il sistema anatomico che svolge la funzione di percepire stimoli e di trasmetterli a varie parti del corpo perché ad essi venga risposto. A tale fine il sistema nervoso si è venuto realizzando e perfezionando affinché le informazioni provenienti dall’esterno vengano integrate e correlate fra loro ed infine i messaggi risultanti vengano trasmessi ad un appropriato apparato effettore, che può essere costituito dall’apparato muscolare o da quello ghiandolare. Gli elementi strutturali del sistema nervoso sono i neuroni ed il tessuto nervoso. Il sistema nervoso autonomo è considerato parte del sistema nervoso periferico e controlla le funzioni interne involontarie dell’organismo; è sempre in attività, e non soltanto durante le reazioni di "attacco o fuga" o "riposo e digestione". Il SNA agisce, infatti, per

mantenere normale l'attività degli organi interni e lavora collaborando col sistema nervoso somatico. Il sistema nervoso autonomo si distingue in due importanti aree: il sistema simpatica e sistema parasimpatico. Gli effetti dei due sistemi sono spesso antagonisti, ma entrambi funzionano sempre insieme. Si può paragonare il tessuto nervoso, da una parte, ad un sistema di collegamento telematico, che trasporta le informazioni lungo tutto l’organismo, e dall’altra ad un impianto elettrico, che fornisce l’energia necessaria al suo funzionamento. E’ chiaro che gli ordini partono dal sistema nervoso centrale, che dal cervello via via finiscono al sistema nervoso periferico. Non è chiaro, e qui il senso di questo lavoro, come i neuroni trasmettano ordini per il corretto funzionamento di un organismo che interagisce nel suo ambiente. Il sistema nervoso autonomico è soprattutto un sistema effettore, che controlla la muscolatura liscia, il muscolo cardiaco e le ghiandole esocrine. Tutte le cellule neuronali effettrici del sistema nervoso autonomico si trovano in periferia, localizzate all’interno dei gangli autonomici. Tali cellule vengono chiamati neuroni post-gangliari, che a loro volta vengono attivati da neuroni pre-gangliari situati nel tronco cerebrale o nel midollo spinale. Dal punto di vista anatomico il sistema nervoso autonomico e’ divisibile in tre sezioni: a) toracolombare (sistema

ortosimpatico), b) craniosacrale (sistema parasimpatico) e c) sistema enterico. Il ruolo principale del sistema vegetativo è quello di regolare l’ambiente interno. Il sistema ortosimpatico presiede alle reazioni di lotta e di fuga, mentre il sistema parasimpatico governa il riposo e la digestione. L’ortosimpatico risponde a sollecitazioni dall’ambiente esterno, mentre il parasimpatico mantiene la situazione basale in condizioni normali. Alcune di queste funzioni assumono particolare importanza nello sport e nell’attività fisica, in particolare la frequenza cardiaca.

1. ANATOMIA SISTEMA NERVOSO

Il sistema nervoso si suddivide in due parti principali: il sistema Nervoso centrale (SNC) e il sistema Nervoso periferico (SNP). Il SNC è composto dall’encefalo cervello, cervelletto, tronco dell’encefalo (ponte e bulbo o midollo allungato) e midollo spinale. Caratteristica del SNC umano è lo sviluppo e l’alto grado di specializzazione della corteccia (cervello) che è deputata ad analizzare gli impulsi sensoriali eviscerali, integrare le informazioni trasformandole in risposte muscolari e ghiandolari efficienti. È sede inoltre delle attività superiori: memoria, ragionamento, apprendimento. Il cervelletto è la struttura nervosa deputata a rendere armonici i movimenti, a coordinarli e ad adeguare ad essi la postura generale dell’organismo. Il tronco cerebrale controlla fondamentali attività vitali, come il respiro, il ritmo sonno-veglia e importanti aspetti dell’omeostasi dell’organismo. Il midollo spinale è il centro di smistamento per gli impulsi da e per la periferia, dal collo in giù e sede di integrazione di atti riflessi (arco). Il SNP consta di 12 paia di nervi cranici e di 31 paia di nervi spinali. Tutti i nervi cranici (eccetto uno: il nervo vago, che innerva numerosi organi

viscerali) intervengono nelle attività motorie e sensoriali del capo e del collo. I nervi spinali svolgono le stesse funzioni per l’organismo dal collo in giù. Il sistema nervoso periferico è il termine usato per descrivere tutti i nervi che si trovano all’esterno del sistema nervoso centrale (SNC). Esso trasporta l’informazione sensoriale da tutto il corpo al SNC, e porta i comandi dal SNC di nuovo ai muscoli, agli organi e alle ghiandole. I nervi che raccolgono l’informazione dal SNC sono chiamati nervi efferenti o motori. I nervi periferici sono connessi al SNC in coppia, emergendo tra le vertebre come nervi spinali. Ogni nervo spinale contiene un sensore ed un nervo motore. Ci sono 31 coppie di nervi spinali connessi al midollo spinale. Inoltre, ci sono 12 coppie di nervi cranici che connettono il tronco dell'encefalo e altre regioni del cervello. I nervi spinali che entrano ed escono dal midollo spinale sono numerati come le vertebre che vi passano attraverso. Il sistema nervoso periferico è diviso in base alla funzione del sistema nervoso somatico (o volontario) ed il sistema nervoso autonomo. Da ricordare che il SNC coordina e controlla questi due sistemi.

Il sistema nervoso nel suo complesso si compone di due grossi sottoinsiemi: Il sistema nervoso somatico che, controllato dalla corteccia, presiede a tutte le attività volontarie e il sistema nervoso autonomo o vegetativo, distinto a

sua volta in sistema simpatico e parasimpatico, che controlla le attività vitali involontarie: cuore, ghiandole, muscoli lisci del tratto digerente e dell’apparati respiratorio, escretorio e riproduttivo. Simpatico e parasimpatico agiscono sugli stessi organi, in genere con azione antagonista (p. e.: il simpatico aumenta la frequenza cardiaca, mentre il parasimpatico la diminuisce).

1.1. I NEURONI

I neuroni sono cellule eccitabili specializzate nella ricezione di stimoli e nella conduzione degli impulsi provenienti dai nervi e servono a trasmettere informazioni ad altre parti del corpo. Sebbene i neuroni possano essere di varie grandezze e tipologie, come altre cellule, essi hanno una dimensione e una funzione ben caratteristica, ovvero quella di trasportare stimoli ed impulsi. Mentre una delle differenze principali tra i neuroni e le altre cellule è che i primi non si possono dividere e formare nuove cellule; ciò impedisce che la struttura equilibrata del sistema nervoso venga distrutta dalla creazione di nuovi circuiti, ma significa anche che se un nervo viene

danneggiato, questo non può essere sostituito in alcun modo. Ciascun neurone ha un corpo cellulare coperto da centinaia di brevi e ramificate estensioni, chiamate dendriti, che ricevono informazioni da altri neuroni, e una lunga estensione, chiamata assone (o neurite), che trasmette il messaggio ricevuto ad un altro neurone o verso le cellule di destinazione (ad es. le fibre muscolari) per mezzo di un singolo impulso. E’ composto dal corpo cellulare o pirenoforo o soma: a livello del corpo cellulare si trovano nucleo e organuli tipici di tutte le cellule. Il nucleo è piuttosto grande, voluminoso, di forma rotondeggiante, appare chiaro, di aspetto vacuolizzato e al suo interno appare molto evidente la presenza del nucleolo. Nonostante la cellula nervosa differenziata sia incapace di riprodursi essa può compiere le funzioni di sintesi. Il corpo cellulare o pirenoforo o soma è il centro metabolico del neurone caratterizzato dalla presenza del nucleo e degli organuli citoplasmatici.

I dendriti sono vere e proprie espansioni del corpo cellulare rappresentano l’apparato ricevente del neurone e sono sede dei contatti sinaptici la loro funzione è quella di ampliare la superficie della cellula così da rendere possibile un numero più elevato di sinapsi da parte di terminazioni provenienti da altre cellule originano con un calibro piuttosto ampio poi

tendono a degradare diventando molto sottili all’estremità. Sulla superficie dei dendriti ritroviamo escrescenze dette spine o gemme o gemmule, a volte sono l’unico carattere distintivo tra il dendrite e l’assone presentano ramificazioni secondarie che si dipartono ad angolo acuto rappresentano i punti dove avviene il contatto sinaptico. A volte un’unica cellula può stabilire decine di migliaia di contatti grazie all’estrema ramificazione. Sulla superficie esterna dei dendriti non sono presenti delle vere e proprie guaine di rivestimento, comunque all’esterno dei dendriti troviamo sempre della nevroglia (cosa che vale anche per il corpo cellulare.

L’assone è detto anche cilindrasse o neurite è unico e presenta poche ramificazioni lungo il suo decorso che formano angoli di 90° con il tronco principale il calibro dell’assone è uniforme tranne che nella sua parte iniziale, il cono di emergenza, che ha una forma a imbuto. Il tratto successivo prosegue con un diametro pressoché costante. La membrana plasmatica dell’assone prende il nome di assolemma. La superficie dell’assone è liscia, non presenta le spine e al suo esterno troviamo delle guaine con il compito di isolare l’assone e di favorire la progressione del potenziale d’azione. All’interno dell’assone non sono presenti i corpi di Nissl ad eccezione del cono d’emergenza in particolari situazioni (lesioni

assonali) sono invece presenti neurofilamenti e neurotubuli con disposizione regolare e parallela all'asse maggiore dell’assone. Le cellule nervose sono in rapporto tra di loro e formano reti estremamente complicate: il rapporto che si viene a stabilire tra parti di cellule è un rapporto di contiguità (non di continuità morfologica) definito sinapsi.

1.2. PROPRIETA’ E CLASSIFICAZIONE DELLA

CELLULA NERVOSA

Le cellule nervose sono accomunate dalle seguenti proprietà:

Irritabilità, capacità di stabilire una d.d.p. tra interno ed esterno, (da -70 a + 20,+30 mV);

Conducibilità, proprietà di propagare l'impulso lungo tutta la membrana; Comunicazione, l’impulso può essere trasferito mediante sinapsi (chimiche) o nexus (elettriche) ad altre cellule;

Si è cercato di raggruppare le cellule nervose in base a dei criteri comuni ad altri tessuti. Esiste difficoltà dovuta al fatto che le cellule nervose possono avere forma e dimensioni estremamente variabili. Il criterio utilizzato tiene conto sia di aspetti morfologici che funzionali. Si distinguono tre categorie di cellule nervose: sensitive, neuroni bipolari, neuroni multipolari.

Le cellule sensitive sono i cosiddetti recettori di senso specifico; si trovano negli organi di senso. Sono cellule altamente differenziate, predisposte per percepire stimoli di varia natura, (luminosi, onde sonore, segnali chimici ecc.) e si dividono in: cellule sensitive primarie (olfattive e le visive) sono dotate di un prolungamento che corrisponde all’assone. Le cellule sensitive primarie, avendo un prolungamento nervoso proprio, sono da considerare neuroni a tutti gli effetti, neuroni unipolari; cellule sensitive secondarie (acustiche, statocinetiche (dell’equilibrio) e gustative) non hanno un proprio prolungamento ma si mettono in comunicazione con prolungamenti provenienti da altre cellule nervose stabilendo con esse collegamenti sinaptici che vengono definiti giunzioni citoneurali o neurosensoriali. Le cellule sensitive secondarie, che non hanno un proprio prolungamento, appartengono ai cosiddetti epiteli sensoriali.

I neuroni bipolari costituiscono i neuroni afferenti che si trovano nei gangli spinali e nei gangli o nei nuclei dei nervi cranici. Questi neuroni si dicono bipolari in quanto sono dotati di due prolungamenti, identici dal punto di vista morfologico, con i caratteri tipici di un assone. Dal punto di vista funzionale uno dei due prolungamenti conduce l’impulso in direzione centripeta e uno in direzione centrifuga. Durante la vita embrionale i neuroni bipolari hanno i due prolungamenti in posizione opposta e prendono il nome di neuroni bipolari oppositopolari nell’organismo adulto hanno i prolungamenti dalla stessa parte rispetto al corpo cellulare e per un certo tratto essi decorrono appaiati per poi allontanarsi in uguale direzione ma con verso opposto, sono i cosiddetti neuroni bipolari pseudounipolari a T. Esiste anche una forma intermedia tra la forma embrionale e la forma adulta: viene detta neurone pseudounipolare a V nella parte iniziale i due prolungamenti non sono completamente appaiati. L’avvicinamento dei due prolungamenti ha un preciso significato funzionale: il segnale passa direttamente dal prolungamento dendritico a quello assonico senza dover percorre tutto il corpo cellulare. Nell’organismo adulto permangono neuroni bipolari oppositopolari a livello dei gangli annessi all’ottavo paio di nervi encefalici. (l’avvicinamento dei due prolungamenti non avviene perché i neuroni sono

contenuti in una matrice che formerà dell’osso, e ciò impedisce l'avvicinamento dei due prolungamenti).

I neuroni mutlipolari presentano numerosi prolungamenti (fino a varie decine di migliaia) tutti quanti rappresentati da dendriti eccetto uno che è l’assone. Si distinguono i neuroni multipolari ad assone lungo o del I tipo di Golgi ad assone breve o del II tipo di Golgi. Nella classificazione non si tiene conto dell’effettiva lunghezza dell’assone bensì dei rapporti che esso ha con le varie parti del sistema nervoso: 1° tipo del Golgi: gli assoni escono dalla sostanza grigia; 2° tipo del Golgi: l'assone non esce mai dalla sostanza grigia.

1.3. FIBRA NERVOSA

Le fibre nervose possono essere di 4 tipi diversi e questo consente di fare una classificazione. Possiamo distinguere: assone nudo, fibra completa, fibra mielinica, fibra amielinica.

L’assone nudo è l’assone privo di guaine si trova nella sostanza grigia del sistema nervoso centrale questa definizione non va presa alla lettera: il concetto di "nudo" vuol dire che non ci sono né guaina mielinica né guaina di Schwann ma un rivestimento di nevroglia (astrociti) è sempre presente in quanto se due assoni entrassero in contatto tra di loro si avrebbe un corto circuito.

La fibra completa ha entrambe le guaine si trova nel sistema nervoso periferico: si tratta del tipo di fibra che costituisce in prevalenza i nervi spinali e i nervi cranici.

La fibra mielinica ha solo la guaina mielinica costituisce la sostanza bianca del sistema nervoso centrale.

La fibra amielinica ha solo la guaina di Schwann si ritrova in alcuni fasci nervosi che costituiscono le diramazioni del sistema nervoso autonomo, Un nervo risulta costituito dall’insieme di molte fibre nervose complete (sistema della vita di relazione) e amieliniche (sistema vegetativo). Nella costituzione di un nervo le fibre che lo compongono sono tenute assieme da tessuto connettivo; all’esterno di un nervo si osserva una capsula di rivestimento formata da un tessuto connettivo fibrillare denso denominata

epinevrio. Dall’epinevrio si dipartono dei setti diretti verso l’interno del nervo scomponendolo in tanti fascetti di fibre nervose; tali setti sono costituiti da un connettivo fibrillare sempre più lasso e nel loro insieme costituiscono il perinevrio. Infine dal perinevrio origina una rete delicata di connettivo reticolare che va a rivestire esternamente ogni singola fibra nervosa; questo connettivo più delicato che avvolge ogni singola fibra è detto endonevrio. Le fibre che compongono il nervo possono essere fibre di moto o efferenti e fibre di senso o afferenti (arco riflesso) i nervi spinali sono in genere nervi misti motori e sensitivi mentre nel caso dei nervi cranici si verifica che alcuni sono quasi esclusivamente motori come il nervo facciale mentre altri sono quasi esclusivamente sensitivi come ad esempio il nervo trigemino.

1.4. SISTEMA NERVOSO AUTONOMO

L'"interno" (i "visceri") del nostro corpo, come il cuore, lo stomaco e l'intestino, è regolato da una parte del sistema nervoso chiamato Sistema Nervoso Autonomo (SNA). Il SNA appartiene, in parte, al Sistema Nervoso

Periferico e controlla molti organi e muscoli del nostro corpo. Non siamo quasi mai coscienti dell'attività del SNA, in quanto esso funziona in modo involontario e riflesso. Ad esempio, non ci accorgiamo quando i nostri vasi ematici cambiano di diametro o quando il nostro cuore batte più in fretta. Ciò nonostante, alcune persone possono allenarsi a controllare alcune delle funzioni del SNA, come la frequenza cardiaca o la pressione del sangue nelle arterie. L'attività del SNA è particolarmente importante in almeno due situazioni: le situazioni di emergenza che causano stress e che ci richiedono di "attaccare" o "fuggire" e le situazioni di calma che ci consentono di "riposare" e "digerire Il SNA regola: i muscoli lisci, il cuore le ghiandole. Il sistema nervoso autonomo è inoltre diviso nel sistema parasimpatico e simpatico Le funzioni di routine del corpo, come il battito cardiaco, la respirazione e i movimenti lenti e regolari che muovono il cibo attraverso il tratto digestivo sono principalmente controllati dal sistema parasimpatico. Nel caso di emergenze o pericolo, il sistema parasimpatico stimola l’attività del cuore e dei polmoni per aumentare l'ossigeno all'interno del sangue (aumentando di conseguenza l'energia a disposizione dei muscoli) e quindi prepara il corpo allo sforzo/emergenza.

1.5. SISTEMA

ORTOSIMPATICO

E

PARASIMPATICO

IL SISTEMA ORTOSIMPATICO

Nell'apparato viscerale, i nuclei dell'ortosimpatico sono localizzati nel corno laterale del midollo spinale; i gangli sono, invece, localizzati ai lati della colonna o davanti ad essa. I primi sono detti gangli laterovertebrali, i secondi sono chiamati gangli prevertebrali. I gangli laterovertebrali costituiscono una specie di catena a rosario che, dal ganglio cervicale superiore, localizzato sotto l'osso occipitale, arriva al ganglio coccigeo, localizzato al di sopra del coccige. La sindrome di Bernard-Horner è causata da lesioni del centro cilio-spinale dell'ortosimpatico o delle fibre da esso provenienti. Si parla di sindrome e non di malattia perché le cause possono essere molteplici.

IL PARASIMPATICO

Il parasimpatico è un sistema che consente all'organismo di rigenerarsi dopo attività particolarmente impegnative. È un sistema che predispone al sonno.

Agisce infatti sul muscolo costrittore della pupilla, sul muscolo dell'accomodazione - il muscolo ciliare - che determina variazioni nella curvatura del cristallino in base alla necessità di mettere a fuoco le immagini sulla retina. I centri del parasimpatico si trovano nel tronco encefalico e nella parte sacrale del midollo spinale. Nel tronco encefalico vi sono i nuclei per l'innervazione di ghiandole salivari, nasali, lacrimali e di tutti gli organi fino alla flessura sinistra del colon, che rappresenta il punto di confine tra intestino medio e intestino caudale. Nel cuore, il parasimpatico ha il compito di diminuire i battiti cardiaci, la pressione, e provocare una vasocostrizione coronaria (le coronarie sono le arterie del cuore). Una costrizione coronaria determina un minore apporto di sangue al cuore: si può, quindi, avere predisposizione all'infarto cardiaco. Nel tratto digerente, il vago rappresenta il parasimpatico ed agisce provocando la peristalsi e, a livello gastrico, la secrezione di HCl. L'acido cloridrico viene prodotto in eccesso in una malattia detta ulcera gastrica. Nel sistema vegetativo, si hanno sempre fibre pregangliari e postgangliari. Le fibre pregangliari si portano ad un ganglio, quelle postgangliari si portano dal ganglio all'organo da innervare. C'è però un’eccezione nel caso del vago, che pur fa parte del parasimpatico. Infatti, le cellule postgangliari sono riunite in piccoli gangli intramurali, cioè

contenuti nella parete dell'organo da innervare. Per questa peculiare caratteristica definiamo il vago come "metasimpatico": in questo sistema i rami pregangliari sono lunghissimi, mentre quelli postgangliari sono corti, perché rappresentati da neuroni posti nella parete dell'intestino. Questi gangli intramurali costituiscono, nel loro complesso, quasi una sorta di cervello che regola la funzione intestinale.

I visceri sono innervati sempre sia dall'ortosimpatico che dal parasimpatico. E' una bella giornata di sole e stai facendo una piacevole passeggiata nel bosco. Improvvisamente un orso affamato ti compare davanti. Ti fermi e lo attacchi oppure ti volti e scappi via? In entrambi i casi, si tratta di una situazione di "attacco o fuga", in cui il Sistema Nervoso Simpatico si mette in azione attivando le risorse energetiche, aumentando la pressione sanguigna e la frequenza cardiaca e rallentando i processi digestivi. Come è mostrato nella figura a sinistra, il Simpatico nasce nel midollo spinale. Qui, i corpi cellulari del primo neurone (il neurone pregangliare) sono localizzati nei tratti toracico e lombare. Gli assoni che originano da questi neuroni si portano ad una catena di gangli situata ai due lati della colonna vertebrale (la catena gangliare latero-vertebrale). Nella catena gangliare, la maggior parte dei neuroni contrae sinapsi con un altro neurone (il neurone

post-gangliare). Alcune fibre pregangliari si portano ad altri gangli, al di fuori della catena simpatica, e vi contraggono sinapsi. Il neurone post-gangliare proietta quindi al "bersaglio": un muscolo (liscio o cardiaco) o una ghiandola. Ancora due informazioni sul Sistema Nevoso Simpatico: il neurotrasmettitore della sinapsi gangliare è l'acetilcolina, mentre quello della sinapsi post-gangliare è la noradrenalina.

Il sistema somatico controlla tutte le nostre attività volontarie e consce, le quali principalmente comportano movimenti (cammino, corsa, ecc). Il sistema autonomo controlla invece tutte le funzioni del corpo che normalmente non sono sotto un controllo conscio, come il battito cardiaco, la respirazione, la digestione e così via, anche mentre siamo addormentati. questo sistema è composto fondamentalmente da due cordoni che corrono paralleli alla colonna vertebrale, collegati tramite una fitta rete di nervi con tutti gli organi del nostro corpo.

2. FISIOLOGIA SISTEMA NERVOSO

2.1. LE SINAPSI

Il compito della sinapsi è quello di trasmettere l'impulso da una cellula ad un’altra, rappresenta quindi il punto in cui la cellula stabilisce rapporti di contiguità con un’altra struttura cellulare che può essere: una nuova cellula nervosa e in tal caso siamo di fronte ad una cosiddetta sinapsi centrale, cellula di altri tessuti (es. muscolare), siamo di fronte ad una sinapsi periferica. Si distinguono le sinapsi anche in chimiche: funzionano con l’impiego di mediatori, sostanze chimiche; elettriche: sono dei nexus o giunzioni comunicanti o gap junction. I neuroni, al pari di altre cellule eccitabili quali le cellule e le fibre muscolari, sono dotate di una membrana plasmatica che mantiene, in condizioni di riposo, una differente concentrazione di ioni (Na +, K +, Cl ─, Ca ++) sui suoi due versanti tale da produrre un potenziale di membrana o potenziale di riposo. Se si introduce un micro elettrodo all'interno di una cellula Nervoso in condizione

di riposo e si misura la differenza di potenziale rispetto ad un micro elettrodo indifferente posto all'esterno, si registra una differenza di potenziale di ca. ─70 mV all'interno della cellula. Il valore del potenziale può, in conseguenza dell'applicazione ad un punto della membrana di stimoli meccanici, elettrici o chimici, scendere a livelli più bassi di negatività (─100/ ─120 mV) (iperpolarizzazione), oppure risalire a livelli più prossimi o superiori a 0 mV (depolarizzazione). Se si applica alla membrana uno stimolo (elettrico mediante una corrente a basso voltaggio, o chimico con un composto quale l'acetilcolina), il potenziale di membrana, o potenziale di riposo, passa bruscamente ad un valore positivo di +10/+30 mV per ritornare rapidamente al valore iniziale di ─70 mV. Questo fenomeno prende il nome di potenziale d'azione e dal punto in cui è stato generato si può propagare alla membrana dell'intero neurone determinando la produzione di un impulso Nervoso, vale a dire (per la maggioranza dei neuroni) in un'onda di depolarizzazione che viene propagata lungo il neurite sino alle sue estremità, là dove esso termina in bottoni sinaptici. In questi punti la membrana di ciascun bottone si accosta a quella di una seconda cellula formando con questa una giunzione sinaptica, o sinapsi. La membrana del neurite a livello della terminazione viene indicata come

membrana presinaptica; la membrana della seconda cellula viene indicata come membrana postsinaptica. La sinapsi costituisce un dispositivo specializzato a livello del quale si ha la trasformazione del segnale elettrico in segnale chimico: la depolarizzazione della membrana della terminazione nervosa determina infatti la liberazione dal suo interno di una sostanza specifica, mediatore chimico o neurotrasmettitore. Il neurotrasmettitore liberato dalla terminazione può legarsi al suo recettore specifico presente sulla membrana postsinaptica e determinare un effetto, variabile a seconda del tipo di cellula considerato: la depolarizzazione o iperpolarizzazione della membrana di un secondo neurone, la depolarizzazione e la contrazione di una cellula muscolare, l'attivazione di una cellula ghiandolare. In un numero relativamente scarso di sistemi neuronali si ha invece la formazione di sinapsi elettriche, costituite dalla apposizione stretta ─ per riduzione dello spazio extracellulare a valori di 2-4 nm ─ della membrana presinaptica a quella postsinaptica. In queste condizioni la depolarizzazione della membrana del primo neurone si propaga direttamente a quella del secondo neurone come se quest'ultima ne fosse la continuazione diretta. Per ulteriori notizie sulla morfologia e fisiologia delle sinapsi. I neurotrasmettitori sono una classe di piccole molecole deputate a trasmettere il segnale elettrico

proveniente dalla terminazione nervosa attraverso la regolazione dell’apertura di particolari canali ionici sulla superficie della cellula postsinaptica.

Quando si studia la sinapsi da un punto di vista morfologico si deve distinguere: una struttura presinaptica, a livello della quale si è generato il potenziale d’azione il vallo o spazio sinaptico (o fessura sinaptica) la struttura post-sinaptica, che deve ricevere il segnale. La massima parte delle sinapsi centrali presenta una struttura presinaptica rappresentata dal terminale assonico. A questo livello l’assone subisce diverse ramificazioni, ciascuna delle quali termina con uno slargamento che prende il nome di bottone sinaptico a seconda del punto in cui il bottone sinaptico prende rapporto con la struttura post-sinaptica si può fare una distinzione delle sinapsi si dice sinapsi asso-somatica la sinapsi in cui la struttura post-sinaptica è rappresentata dal corpo cellulare di un’altra cellula nervosa. Si chiama asso-dendritica la sinapsi nella quale la struttura post-sinaptica è costituita da un dendrite. Si chiama asso-assonica quando il rapporto sinaptico viene costituito tra il terminale di un assone e un altro assone. All’interno della membrana pre-sinaptica, nel bottone sinaptico, si riscontrano dei mitocondri, neurofilamenti e microfilamenti ma in

particolare abbondano le vescicole sinaptiche: le vescicole sinaptiche hanno un diametro di 500-600 A, sono delimitate da una membrana simile a quella plasmatica e contengono al loro interno uno o più mediatori chimici. Questi ultimi sono costituiti da molecole di varia natura; tra queste le più studiate sono: adrenalina, acetilcolina, acido gammaamminobutirrico (GABA) serotonina, endorfine, ossido nitrico ecc. È compreso tra la membrana presinaptica e la struttura post-sinaptica (ampiezza 200 a 400 A°) contiene materiale elettrodenso, simile al glicocalice in genere costituito da glicoproteine. Questo materiale contiene enzimi capaci di degradare in maniera specifica il mediatore chimico. A livello della membrana postsinaptica si trovano concentrati dei recettori per i mediatori chimici. Tali recettori sono costituiti generalmente da proteine transmembranali spesso disposte a formare dei canali ionici i quali si aprono al legame con il mediatore chimico. All’interno della membrana post-sinaptica si può trovare un maggiore addensamento di mitocondri e di acido ribonucleico mentre non sono presenti vescicole sinaptiche. Quando giunge il potenziale d’azione in prossimità della terminazione assonica viene attuato un blocco delle pompe del calcio che in condizioni di riposo tendono ad estromettere calcio dal bottone sinaptico e a concentrarlo maggiormente all’esterno

dell’assolemma. A seguito di questo blocco gli ioni calcio diffondono all’interno del bottone terminale e il loro ingresso favorisce l’avvicinamento delle vescicole alla membrana pre-sinaptica e l’esocitosi del mediatore chimico nello spazio sinaptico il mediatore raggiunge la membrana post-sinaptica, si lega al recettore specifico e lo attiva: il canale ionico si apre e aumenta la conduttanza del Na+ ; gli ioni Na+ entrano nella struttura post-sinaptica che inizia a depolarizzarsi: la struttura post post-sinaptica diventa sede di un potenziale d’azione segue l’apertura dei canali per il K+ con ripolarizzazione lenta della membranaplasmatica e ripristino del gradiente elettrico trans membrana la pompa Na/K temporaneamente bloccata riprenderà la sua funzione consentendo di ripristinare anche il gradiente chimico trans membrana Il potenziale d’azione si trasmetterà lungo la membrana cellulare.

2.2. I NEUROTRASMETTITORI

I due principali neurotrasmettitori del sistema nervoso vegetativo sono l’acetilcolina e la noradrenalina. L’acetilcolina viene liberata da tutte le

terminazioni nervose pre-gangliari e da tutti i neuroni post-gangliari parasimpatici. Esiste una eccezione a tale regola: nelle ghiandole sudoripare i neuroni post-gangliari ortosimpatici liberano aceticolina. Sono stati individuati due tipi di recettori macromolecolari per l’acetilcolna in base agli effetti di due distinte sostanze agoniste. La nicotina è in grado di attivare i recettori dei neuroni post-gangliari a livello dei gangli, mentre la muscarina (un veleno estratto da un fungo) ha un’azione agonista sui recettori colinergici della cellule effettrici. Si individuano così recettori nicotinici e recettori muscarinici. Esistono dei farmaci in grado di bloccare selettivamente uno o l’altro tipo di recettore (ad esempio le basi di ammonio quaternarie bloccano i recettori nicotinici, mentre l’atropina blocca i recettori muscarinici). I farmaci che hanno effetto colinergico sulle cellule effettrici sono detti parasimpaticomimetici, mentre quelli che annullano l’azione dell’acetilcolina sulle cellule effettrici vengono denominati parasimpaticolitici.

Struttura recettoriale

I recettori per l’acetilcolina sono dei canali ionici di membrana in grado di aprirsi quando il neurotrasmettitore si lega ad essi. Mentre il recettore nicotinico della placca neuromuscolare è costituito da 5 subunità (2 alfa, 1

beta, 1 gamma (nella forma fetale) oppure epsilon (nella forma adulta) ed 1 delta), i recettori colinergici del sistema autonomico sono costituiti solo da subunità di tipo alfa e beta. La diversa combinazione delle due componenti consente che vi siano recettori per l’acetilcolina con diversa conduttanza, cinetica e farmacologia. In tutti i tipi di recettore sono solo le subunità alfa in grado di legare l’acetilcolina ed è necessario che due subunità alfa vengano attivate contemporaneamente perché il canale si apra. A livello della membrana del neurone postgangliare, quando l’acetilcolina viene rilasciata nella fessura sinaptica, il recettore nicotinico è attivato. Questo evento genera un potenziale sinaptico eccitatorio rapido che spesso è di ampiezza tale da indurre un potenziale d'azione nel neurone postgangliare. In tutti i gangli ortosimpatici oltre al potenziale sinaptico eccitatorio rapido sono registrabili potenziali sinaptici lenti sia eccitatori che inibitori con funzione di modulazione della scarica del neurone. Vengono mediati da recettori muscarinici. Il potenziale sinaptico lento eccitatorio è prodotto dalla apertura dei canali per il Na+ e per il Ca++ contemporaneamente alla chiusura di quelli per il K+. In situazione di riposo per la membrana il canale per il K+ è attivo (aperto), mentre in caso di membrana depolarizzata il canale è chiuso. In alcuni neuroni post-gangliari si registra anche un

potenziale sinaptico inibitorio lento. Il recettore muscarinico attivato fa aprire i canali per il K+ causando così l’iperpolarizzazione della membrana. Il potenziale sinaptico inibitorio lento non è in grado di inibire il potenziale sinaptico eccitatorio rapido, ma può ridurre la scarica ripetitiva iniziata da un potenziale sinaptico eccitatorio lento peptidergico. Infatti nelle fibre pre-gangliari sono presenti diversi peptidi a funzione neurotrasmettitoriale ad azione modulatoria.

L’acetilcolina e la noradrenalina agiscono anche a livello pre-sinaptico con una funzione regolatoria. Infatti sulla membrana presinaptica esistono sia recettori colinergici che recettori adrenergici. Quando nella fessura sinaptica si trovano grandi quantità di noradrenalina, questa interagisce con i recettori alfa pre-sinaptici inducendo una riduzione della liberazione di neurotrasmettitore. Quando invece la quantità di noradrenalina è bassa, vengono attivati i recettori beta pre-sinaptici con un conseguente aumentato rilascio di noradrenalina. Negli organi innervati sia dal sistema ortosimpatico che dal sistema parasimpatico le terminazioni adrenergiche e le terminazioni colinergiche interagiscono con una inibizione reciproca. Infatti sulle terminazioni presinaptiche adrenergiche si trovano recettori per l’acetilcolina, la cui attivazione porta ad una diminuzione di liberazione

della noradrenalina. La situazione è speculare per quanto riguarda le terminazioni pre-sinaptiche colinergiche.

2.3. DIFFERENZE

DI

INNERVAZIONE

TRA

SISTEMA SIMPATICO E PARASIMPATICO

Sistema simpatico

I neuroni pre-gangliari sono situati nelle colonne intermedio-laterali della sostanza grigia del midollo spinale nella porzione compresa tra l’8° segmento cervicale ed il 2° segmento lombare. Gli assoni che si dipartono dai neuroni pregangliari escono dal midollo insieme alle fibre motrici somatiche attraverso le radici ventrali e da queste si distaccano attraverso i sottili rami comunicanti bianchi, che si collegano ai gangli. Tali filuzzi nervosi sono definiti bianchi perché tale è il loro colore, essendo costituiti da fibre mielinizzate. I rami comunicanti bianchi raggiungono i gangli paravertebrali raccolti in due catene parallele ai lati della colonna vertebrale. Normalmente si trovano tre gangli cervicali (superiore, medio ed inferiore

o ganglio stellato), undici gangli toracici e quattro o sei gangli lombari. Le fibre pre-gangliari escono dal midollo allo stesso livello in cui si trovano le cellule di origine, mentre possono formare una sinapsi con la cellula gangliare del ganglio situato alla stessa altezza, oppure attraversano il ganglio e vanno a contrarre sinapsi con cellule gangliari ad altro livello. In questo modo si consente ad una fibra pregangliare di entrare in contatto con più neuroni gangliari (anche 20) ed una singola cellula gangliare a sua volta può contrarre sinapsi con più fibre gangliari contemporaneamente. Questo sistema di convergenza e divergenza consente una attivazione coordinata e contemporanea dei neuroni simpatici a più livelli. Una parte delle fibre pre-gangliari non si ferma nei gangli paravertebrali, ma fuoriuscendo da questi costituisce i nervi splancnici che raggiungono i gangli prevertebrali. Si tratta di tre gangli impari (celiaco, mesenterico superiore, mesenterico inferiore), in cui si trovano i neuroni postgangliari che innervano l’apparato gastrointestinale, il fegato, il pancreas, i reni, la vescica e gli organi genitali (ghiandole, muscolatura liscia e vasi sanguigni). Un terzo gruppo di fibre pre-gangliari decorre nel nervo splancnico toracico e raggiunge la midollare del surrene, che può essere considerata un ganglio ortosimpatico. Gli assoni dei neuroni post-gangliari escono dai gangli attraverso i rami comunicanti

grigi (anche in questo caso il nome deriva dal colore, essendo le fibre amieliniche). I rami comunicanti grigi si uniscono ai nervi spinali e tramite questi arrivano agli organi bersaglio.

Innervazione ortosimpatica segmentaria

Testa

Le cellule dell’ortosimpatico che sono destinate alla innervazione della testa si trovano a livello dell’ottavo mielomero cervicale e del primo e secondo mielomero toracico. Le fibre pre-gangliari raggiungono le cellule del ganglio cervicale superiore dopo essere passate attraverso il ganglio cervicale inferiore e medio. Le fibre post-gangliari decorrono all’interno del plesso carotideo intorno alle arterie carotide interna ed esterna e seguendone il decorso entrano all’interno della scatola cranica. Dal plesso si distaccano successivamente i rami anastomotici per i diversi nervi cranici (VII, V, IV, III) che innervano gli organi bersaglio (vasi, ghiandole salivari, lacrimali, sudoripare e pupilla).

Le cellule pre-gangliari destinate all’arto superiore si trovano nei primi mielomeri toracici, le fibre post-gangliari si dipartono dal ganglio cervicale inferiore o stellato.

Torace

Dai prime cinque metameri midollari toracici si originano le fibre pregangliari destinate agli organi toracici (cuore e polmoni). Dai gangli cervicali e dai primi cinque gangli toracici partono le fibre post-gangliari che si raccolgono in plessi (cardiaco, polmonare, aortico toracico).

Addome

Le cellule pre-gangliari deputate all’innervazione degli organi addominali sono situate dal quinto al nono o decimo mielomero toracico. Le fibre pre-gangliari attraversano il gangli toracici dal sesto al dodicesimo e lasciano i gangli attraverso i nervi grande splancnico e piccolo splancnico per raggiungere i gangli celiaco, mesenterico superiore ed inferiore e renali.

Le cellule pre-gangliari si trovano negli ultimi mielomeri toracici, mentre le cellule postgangliari si trovano negli ultimi tre gangli lombari e nel primo ganglio sacrale.

Sistema parasimpatico

I corpi cellulari dei neuroni pre-gangliari sono situati all’interno del tronco encefalico e dei mielomeri sacrali S2-S4. Caratteristico del sistema parasimpatico è il fatto che le fibre pre-gangliari sono nettamente più lunghe delle fibre post-gangliari, contrariamente al sistema ortosimpatico. Infatti nel sistema ortosimpatico i gangli si trovano vicino alla colonna vertebrale e lontano dagli organi bersaglio, mentre nel sistema parasimpatico i gangli si trovano a ridosso od all’interno degli organi bersaglio.

Sistema parasimpatico craniale

Le cellule pregangliari si trovano nel nucleo di Edinger-Westphal o dorsale viscerale, nel nucleo anteromediano dell’oculomotore comune (mesencefalo), nei nuclei salivatorio superiore ed inferiore (ponte-bulbo), nel nucleo dorsale motore del vago e nel nucleo ambiguo (bulbo).

Le fibre pre-gangliari che si dipartono dai nuclei di Edinger-Westphal ed anteromediano dell’oculomotore comune fanno parte del III nervo cranico (oculomotore comune) e tramite questo raggiungono il ganglio ciliare, che si trova nell’orbita, e qui contraggono sinapsi con le cellule post-gangliari. Le fibre post-gangliari raggiungono i muscoli ciliare e sfintere della pupilla.

VII nervo cranico

Nel nervo faciale decorrono le fibre pregangliari che originano dal nucleo salivatorio superiore. Un contingente di fibre arrivate a livello del ganglio genicolato si distacca e forma il nervo grande petroso superficiale, che raggiunge il ganglio sfenopalatino. Le fibre post-gangliari da questo ganglio raggiungono le ghiandole lacrimali. Le rimanenti fibre si distaccano più sotto dal nervo faciale ed attraverso la corda del timpano raggiungono un ramo del V nervo cranico, il nervo linguale. Tramite questo nervo arrivano al ganglio sottomandibolare. Le fibre post-gangliari si portano ad innervare le ghiandole sottomandibolare e sottolinguale.

IX nervo cranico

Il nucleo salivatorio inferiore è l’origine delle fibre pre-gangliari, che attraverso il nervo glossofaringeo arrivano al ganglio otico avendo

attraversato il plesso timpanico ed il nervo piccolo petroso superficiale. Le fibre post-gangliari sono destinate alla ghiandola parotide.

X nervo cranico

Le fibre pre-gangliari provenienti dal nucleo dorsale motore del vago attraverso il nervo vago raggiungono i gangli situati nelle pareti degli organi bersaglio (polmoni, esofago, stomaco, fegato, colecisti, pancreas e primo tratto intestinale). Dal nucleo ambiguo le fibre pre-gangliari tramite il nervo vago arrivano ai gangli intramurali del cuore.

Sistema parasimpatico sacrale

Nella zona intermediolaterale della sostanza grigia midollare sacrale dei mielomeri S2, S3 ed S4 si trovano le cellule pregangliari del parasimpatico sacrale. Le fibre lasciano il midollo tramite le radici ventrali ed attraverso i nervi pelvici e sacrali arrivano al plesso gangliare pelvico. Le fibre post-gangliari sono destinate al colon discendente, alla vescica ed agli organi genitali esterni.

3. RELAZIONE

TRA

SISTEMA

NERVOSO AUTONOMO E SISTEMA

CARDIOVASCOLARE

3.1. FISIOLOGIA SPECIALE DELLA FUNZIONE

CARDIOVASCOLARE

I centri deputati alla regolazione autonomica dell’attività cardiaca sono situati nel midollo allungato (bulbo) e nel ponte. L’azione di controllo viene esercitata direttamente attraverso il sistema ortosimpatico ed il sistema parasimpatico. L’azione del sistema vegetativo comprende il controllo della frequenza cardiaca (effetto cronotropo), il controllo della forza di contrazione di ogni singolo battito (effetto inotropo) ed il controllo della velocità di conduzione atrioventricolare (effetto dromotropo). I neurotrasmettitori dei sistemi ortosimpatico e parasimpatico hanno effetti

opposti sulla funzione cardiaca: la noradrenalina e l’adrenalina aumentano la gittata cardiaca, mentre l’acetilcolina la riduce. Sia le fibre ortosimpatiche che quelle parasimpatiche che innervano il cuore sono tonicamente attive. A riposo il tono vagale prevale sul tono simpatico. Per comprendere le rispettive azioni dei due sistemi è necessario parlare del potenziale d’azione della fibra cardiaca. Come nella cellula nervosa il potenziale d’azione della cellula cardiaca inizia con una rapida inversione del potenziale di riposo (-90 mV circa) fino all’apice del picco iniziale (+30 mV circa). A questa fase di rapida depolarizzazione, che dura solo 1-2 ms, segue una fase di plateau di lunga durata tipica della muscolatura cardiaca, che precede la fase di ripolarizzazione. Ne consegue che il potenziale d’azione della fibra cardiaca ha una durata di circa 200-400 ms, cioè 100 volte più lungo del potenziale d’azione di una fibra muscolare scheletrica o di una fibra nervosa. A generare il potenziale d’azione concorrono variazioni del potenziale di membrana, modificazioni della conduttanza ionica e delle correnti ioniche. Il potenziale di riposo del miocardio è essenzialmente un potenziale K+ dipendente. La fase rapida di salita del potenziale d’azione è dovuta ad un forte e rapido aumento della conduttanza al Na+ che determina una intensa corrente di entrata del Na+. Perché

avvenga la ripolarizzazione nel nervo l’aumentato ingresso di Na+ è controbilanciato da un lento aumento della conduttanza al K+ e della corrente dello stesso ione fino al raggiungimento del potenziale di riposo. Perché il potenziale d’azione della fibra cardiaca duri così a lungo entrano in gioco due meccanismi speciali: a) un aumento della conduttanza al Ca++ che inizia con ritardo e decresce lentamente provocando una corrente di entrata di Ca++ depolarizzante; b) una riduzione della conduttanza al K+ nella depolarizzazione, che riduce la corrente ripolarizzante in uscita del K+. Questi meccanismi fanno in modo che la ripolarizzazione nel miocardio avvenga per la diminuzione con il tempo della conduttanza al Ca++ e concomitante aumento della conduttanza al K+.

Regolazione ortosimpatica della funzione cardiovascolare

Il sistema ortosimpatico si distribuisce in modo uniforme a tutte le parti del cuore. Le cellule pre-gangliari destinate al cuore si trovano nelle corna intermedio-laterali del tratto toracico superiore del midollo spinale, mentre le fibre post-gangliari partono dai gangli cervicali e toracici superiori. Un azione di tipo ortosimpatico sul cuore viene svolta sia dalle catecolamine liberate dai neuroni (noradrenalina) che dalle catecolamine circolanti liberate dalla midollare del surrene (adrenalina). Le catecolamine agiscono

soprattutto sui recettori beta adrenergici modulando le correnti di membrana. L’attivazione dei recettori beta produce tre effetti: 1) aumento della corrente lenta di entrata del Ca++ con conseguente aumento della forza di contrazione cardiaca (effetto inotropo positivo); vi sarebbe anche un aumento della conduttanza al Ca++ a livello del nodo atrio-ventricolare con accelerazione della conduzione tra atrio e ventricolo ed accorciamento della pausa tra sistole atriale e sistole ventricolare (effetto dromotropo positivo). 2) aumento della corrente del K+ dei canali del K+ lenti di tipo rettificante. Questo mantiene costante la durata del potenzialed’azione cardiaca contrastando l’aumento della corrente di ingresso del Ca++. 3) riduzione della soglia della corrente di pacemaker a livello del nodo del seno e conseguente raggiungimento del potenziale di azione in minor tempo (effetto cronotropo positivo). La noradrenalina agisce anche sui recettori alfa della muscolatura liscia vasale provocandone la contrazione. La contrazione della muscolatura liscia vasale induce una riduzione di calibro dei vasi con aumento delle resistenze periferiche, aumento del ritorno venoso ed aumento della pressione arteriosa. Peraltro l’aumento della pressione arteriosa provoca lo stiramento dei barocettori del seno carotideo e dell’aorta. All’attivazione dei barocettori consegue da una parte

l’inibizione dei neuroni simpatici pre-gangliari con riduzione del tono simpatico e dall’altra l’attivazione del sistema parasimpatico di controllo del cuore.

Regolazione parasimpatica della funzione cardiovascolare

Le fibre parasimpatiche deputate alla innervazione del cuore giungono a questo attraverso i nervi cardiaci (fibre pregangliari), rami del nervo vago. L’innervazione parasimpatica è sostanzialmente limitata agli atrii. La stimolazione dei neuroni del nucleo motore del vago riduce la frequenza cardiaca e la contrattilità del miocardio con una netta riduzione della gittata cardiaca. Agendo sui recettori muscarinici delle cellule cardiache del nodo del seno, del nodo atrioventricolare e della muscolatura atriale l’acetilcolina produce tre effetti: 1) aumento della conduttanza a riposo del K+ con iperpolarizzazione delle cellule del nodo del seno (effetto cronotropo negativo) e rallentamento della conduzione atrioventricolare (effetto dromotropo negativo). 2) aumento della soglia della corrente di pacemaker a livello del nodo del seno e maggior tempo per raggiungere il potenziale di azione (effetto cronotropo negativo). 3) riduzione del flusso di ingresso del Ca++ sia aumentando la corrente del K+ dei canali lenti del K+ sia riducendo la corrente di lunga durata del Ca++ (effetto inotropo negativo).

Meccanismi di regolazione della pressione arteriosa

Le variazioni della pressione arteriosa vengono recepite dai barorecettori posti nel seno carotideo e nell’aorta. Sono recettori di stiramento. Un aumento della pressione arteriosa induce l’attivazione del sistema parasimpatico con riduzione della frequenza e della gittata cardiaca. Contemporaneamente l’attività tonica del sistema ortosimpatico viene inibita cooperando così alla riduzione della frequenza cardiaca.

4. RUOLO DELL’ATTIVITA’ FISICA NEL

SISTEMA NERVOSO

Sistema nervoso somatico: attivazione della contrazione della muscolatura scheletrica

Sistema nervoso autonomo: dilatazione bronchiale, aumento del flusso d’aria, aumento frequenza cardiaca e forza di contrazione cardiaca, aumento gittata cardiaca, aumento pressione sanguigna, vasocostrizione nei muscoli non attivi, flusso sanguigno ridiretto verso muscoli in attività, omeostasi pressoria.

4.1. ADATTAMENTI DEL SISTEMA NERVOSO

AUTONOMO DURANTE L’ATTIVITA’ MOTORIA

L’esercizio fisico costituisce una condizione fisiologica in cui numerosi meccanismi e sistemi di produzione e di controllo si combinano e si

integrano al duplice scopo di svolgere il compito previsto (l’esecuzione dello sforzo richiesto) e di preservare e ripristinare l’omeostasi dell’organismo. Il sistema nervoso autonomo ha una risposta duplice nel corso dell’esercizio: dapprima si ha una prevalente riduzione dell’attività parasimpatica, poi, con l’aumento della durata e dell’intensità dell’esercizio, si ha un progressivo aumento dell’attività simpatica. Queste modificazioni, apparentemente semplici, non rendono però ragione della complessità del ruolo giocato dal sistema nervoso autonomo nella regolazione dell’attività fisica. Esso infatti ha un’azione determinante nella regolazione del respiro, della temperatura, nella funzione di trasporto dell’ossigeno (O2) dai polmoni ai tessuti, attraverso la modulazione della funzione di pompa e della vasomotricità generale e locale, e interagisce persino a livello tessutale, dove modula il tipo di metabolismo e di produzione locale di sostanze vasoattive ed è in grado di stimolare la ventilazione. Mediante questa complessa azione di regolazione, l’organismo sano può rispondere in modo selettivo ad ogni tipo di richiesta; perciò le caratteristiche della risposta sono differenti secondo il tipo, l’intensità e le circostanze dell’esercizio. Nella patologia cardiovascolare, in particolare nello scompenso cardiaco, queste risposte sono profondamente alterate, e contribuiscono ad aggravare la

condizione patologica. L’allenamento produce modificazioni a distanza della regolazione cardiovascolare, respiratoria e metabolica, alterando sia il tono delle due branche del sistema neurovegetativo, che la risposta dei vari distretti alla stimolazione indotta dall’esercizio. In questi anni numerose sono le prove accumulatesi che dimostrano come queste modificazioni possano risultare di grande utilità nel trattamento di varie gravi patologie, in particolare, dello scompenso cardiaco, ma anche dell’ipertensione e probabilmente del diabete.

Fasi dell’esercizio fisico

In un individuo sano, di età media e con un livello medio di attività fisica abituale, nello svolgimento di questa risposta acuta si possono osservare alcune fasi: 1) preparazione, 2) iniziale, 3) stabilizzazione, 4) deriva, 5) recupero.

Fase di preparazione (anticipazione).

Negli istanti immediatamente precedenti l’inizio dell’esercizio si osserva una fase di attesa caratterizzata da un aumento dell’attenzione con attivazione di processi cognitivi e volitivi; il sistema nervoso centrale (comando centrale) inizia una serie di cambiamenti fisiologici che si

manifestano nel sistema locomotore tramite variazioni del tono muscolare e della posizione1. Ha inizio una scarica simpatica alla quale consegue un modico ma significativo aumento della frequenza cardiaca, della gittata cardiaca e della pressione arteriosa, con diminuzione della distensibilità venosa1,2. È possibile che in questa fase, così come nella successiva, entri in gioco anche un’azione del simpatico con azione colinergica vasodilatatrice nei muscoli scheletrici. Questo particolare effetto, sebbene dimostrato nell’animale da esperimento, rimane ancora controverso nell’uomo, dove avrebbe comunque una durata assai breve e sarebbe forse di scarsa importanza nel controllo generale della vasomotricità. L’effetto complessivo di questi meccanismi e reazioni consiste nell’attivazione e preparazione del sistema cardiovascolare che faciliterebbe l’avvio dei cambiamenti fisiologici al principio della fase iniziale dell’esercizio.

Fase iniziale

Nonostante la sua breve durata, che a volte può esaurirsi in secondi, questa fase è caratterizzata da importanti cambiamenti fisiologici. Dal punto di vista energetico, l’energia necessaria proviene dalle riserve di adenosina trifosfato (ATP) presenti nel muscolo, che però si esauriscono rapidamente3. Per evitare questo rapido esaurimento, dopo pochi secondi

dall’inizio dell’esercizio entrano in funzione due sistemi di trasferimento energetico: la glicolisi anaerobica che offre energia senza utilizzare O2, ma con formazione di lattato, e la resintesi aerobica dell’ATP. La sintesi aerobica dipende dall’aumento della disponibilità di O2: ciò avviene in parte dalla cessione da parte delle riserve di O2 (ossimioglobina del muscolo e ossiemoglobina del sangue capillare) ma soprattutto dall’aumento del flusso sanguigno muscolare che accresce il trasporto di O2 ai capillari e permette la rimozione di anidride carbonica (CO2) prodotta. L’aumento del flusso sanguigno ai muscoli avviene sia per un aumento della gittata cardiaca che per una ridistribuzione del flusso. Inoltre, l’incremento del consumo di O2 (VO2) da parte delle cellule muscolari (con parallelo aumento della produzione di CO2) richiede un aumento della ventilazione, che deve risultare adeguato alle necessità metaboliche. Il sistema nervoso autonomo controlla in modo determinante tutte queste modificazioni, e le adegua alle modificazioni che si producono a livello metabolico nei tessuti, e per effetto meccanico nel circolo. L’aumento della portata cardiaca è determinato dall’aumento del ritorno venoso, della frequenza cardiaca e della contrattilità. I fattori responsabili di tale aumento sono la vasodilatazione nei muscoli attivi, la compressione passiva delle vene dei muscoli (causata

dalla contrazione muscolare) e delle vene addominali (prodotta dalla contrazione dei muscoli addominali), la vasocostrizione delle grandi vene prodotta dalla scarica adrenergica che si verifica durante l’esercizio, e probabilmente l’aumento di ventilazione. L’aumento del ritorno venoso attiva il meccanismo di Frank-Starling nel ventricolo destro con il conseguente aumento della portata polmonare. La concomitante vasodilatazione polmonare permette l’aumento del ritorno venoso al ventricolo sinistro il quale, grazie ad un analogo meccanismo, incrementa la sua portata. L’aumento della contrattilità miocardica è dovuto all’azione delle catecolamine circolanti e ad una progressiva prevalenza del tono simpatico su quello vagale. La frequenza cardiaca comincia a salire già nella fase preparatoria, e continua ad elevarsi in maniera progressiva nella fase iniziale, proporzionalmente all’intensità dell’esercizio. In questa fase l’aumento è determinato soprattutto da una riduzione dell’attività parasimpatica. Esso presuppone un’inibizione vagale, con stimolazione simpatica per mezzo delle terminazioni nervose adrenergiche e per azione diretta delle catecolamine circolanti sul nodo seno-atriale. Il blocco del parasimpatico con atropina mostra che la maggior parte della risposta iniziale dell’esercizio, fino al raggiungimento di una frequenza cardiaca di

circa 100 b/min è attribuibile alla rimozione dell’attività vagale. Questo può modificare in tempi brevissimi sia la frequenza che, di conseguenza, anche la portata cardiaca.

Modulazione autonomica cardiovascolare

Mediante analisi spettrale della frequenza cardiaca e della pressione arteriosa è possibile individuare le modificazioni della modulazione simpatica e parasimpatica sul cuore e sulla pressione arteriosa. In questa prima fase dell’esercizio si osserva una brusca riduzione della variabilità globale della frequenza cardiaca; questa avviene soprattutto a scapito dell’aritmia sinusale respiratoria mentre la componente più lenta (0.1 Hz, legata alla modulazione simpatica), aumenta progressivamente, in termini relativi4,5; a livello della pressione arteriosa, mentre la modulazione respiratoria aumenta per effetto della perdita dell’azione tamponante delle oscillazioni di frequenza cardiaca, la componente a bassa frequenza (LF) aumenta in valore assoluto, esprimendo l’aumento dell’attività simpatica sul circolo .

Ridistribuzione del flusso: la portata si distribuisce seguendo un modello di “economia funzionale”, favorendo le zone che necessitano di un aumento

del flusso sanguigno. Il meccanismo di tale ridistribuzione dipende dall’azione locale di diversi agenti (ioni potassio, adenosina difosfato-ADP, creatina, fosforo inorganico, temperatura) e produce una vasodilatazione nei muscoli attivi direttamente proporzionale all’intensità dell’esercizio in svolgimento, e quindi alla richiesta energetica; inoltre, la scarica adrenergica induce una vasocostrizione nel compartimento splancnico (ad esempio reni ed intestino) e nei muscoli inattivi che, oltre a diminuire il flusso sanguigno in queste aree, provoca uno spostamento di volume di sangue che andrà a contribuire all’aumento del ritorno venoso. Il risultato di questi due meccanismi è una diminuzione della resistenza vascolare totale.

Fase di stabilizzazione

Se l’intensità dell’esercizio non raggiunge il livello massimo ed è costante, si arriva alla fase della stabilizzazione, corrispondente alla sincronizzazione dei diversi sistemi di regolazione. Da un punto di vista energetico, la caratteristica che definisce questa fase è il VO2, esprimibile sia in termini assoluti, sia come percentuale del consumo massimo (VO2 max) dell’individuo; ad esso si riferiscono le altre variabili fisiologiche. In questa fase il VO2 mantiene un rapporto lineare con il carico di lavoro. Esso dipende da tre funzioni fisiologiche indipendenti: la ventilazione, il

trasporto dell’O2, l’attività muscolare6. I meccanismi di adattamento e di regolazione del VO2 durante la prova sono locali, nervosi centrali, nervosi riflessi e misti. Questi interagiscono intimamente fra loro e regolano in particolare la risposta ventilatoria durante lo sforzo. I meccanismi locali adeguano il flusso variando le resistenze vascolari muscolari, sotto l’azione di diverse sostanze presenti presso le fibre (K+, ATP-ADP, creatina, ecc.) che partecipano alla re-sintesi dell’ATP utilizzato e ne sono il prodotto. I meccanismi nervosi centrali riguardano principalmente l’attivazione del comando centrale attraverso l’attivazione di centri ipotalamici. I meccanismi riflessi prendono origine dagli ergocettori presenti nei muscoli scheletrici, sensibili ai metaboliti prodotti dai muscoli stessi; essi modulano le risposte cardiache, circolatorie e respiratorie in misura del lavoro muscolare medesimo. I meccanismi misti riguardano l’interazione, nei diversi sistemi di trasporto e scambio, fra incremento della scarica simpatica e i meccanismi regolatori intrinseci (tra cui variazioni del ritorno venoso e della ridistribuzione del sangue nel compartimento splancnico, fenomeno di Frank-Starling, variazioni della frequenza cardiaca e della contrattilità miocardica, riassetto della pressione arteriosa, riassetto della regolazione termica mediante la variazione di resistenze vascolari nell’area cutanea,

variazioni della ventilazione dipendenti dal contenuto di CO2 del sangue). Il risultato complessivo è l’aumento dell’ossigenazione a livello polmonare e il conseguente aumento del trasporto di O2 alle cellule per mezzo di un flusso sanguigno aumentato. Tutto questo si realizza in quantità adeguata all’aumento della richiesta; tuttavia esiste un limite che corrisponde al livello massimo di esercizio per cui i sistemi di trasporto e di scambio sono in grado di offrire una quantità di O2 sufficiente per ottenere tutta l’energia necessaria all’esercizio. A partire da tale limite (definito soglia anaerobica) una parte importante dell’energia sarà ricavata dagli altri sistemi energetici, soprattutto dal sistema dell’acido lattico. L’aumento del livello di acido lattico, e pertanto del grado di acidità del sangue, tende ad essere in parte compensato sia mediante i meccanismi di regolazione locale, sia mediante una maggiore stimolazione del simpatico e della ventilazione. A livello del circolo muscolare si ha una maggiore vasodilatazione e uno spostamento a destra della curva di dissociazione dell’ossiemoglobina, con miglioramento dell’assorbimento di O2 da parte delle cellule. L’aumento della ventilazione consegue anche ad una maggiore produzione di CO2, dovuta all’impiego del bicarbonato per tamponare l’aumento di acidità. Da un punto di vista pratico questo può essere messo in evidenza da un aumento della produzione

di CO2 per unità di aumento di VO2: aumenta cioè il rapporto VCO2/VO2 (che si utilizza in pratica per determinare appunto la soglia anaerobica).

Modulazione autonomica della frequenza cardiaca e della pressione arteriosa.

Durante questa fase, la frequenza cardiaca e la pressione arteriosa aumentano progressivamente con la ventilazione. Mediante analisi spettrale è possibile evidenziare un’ulteriore riduzione della variabilità cardiaca; la modulazione autonomica è progressivamente ridotta, e si manifesta dapprima con una prevalenza della componente LF in termini relativi, poi, verso il raggiungimento dei valori massimi di esercizio tollerabile, con una scomparsa totale delle LF, mentre persiste, in entità molto ridotta, la sola componente respiratoria. Studi eseguiti con blocco farmacologico e con il confronto con soggetti denervati, dimostrano che questa componente è di tipo non autonomico, legata cioè alle variazioni dello stiramento atriale destro per effetto delle variazioni di ritorno venoso indotte dall’aumento di ventilazione. Al contrario, nella pressione arteriosa si osserva un progressivo aumento della componente LF, espressione della modulazione simpatica, mentre le oscillazioni respiratorie rimangono elevate per effetto della mancanza della funzione di tamponamento della frequenza cardiaca.

L’attività barocettoriale sul cuore è pressoché assente per quanto attiene alla modulazione parasimpatica, mentre permane la modulazione sul cuore e sul circolo mediante l’attività del simpatico.

Fase di deriva

Questa fase va dal livello corrispondente alla soglia anaerobica, nel quale termina la fase stabile, al livello di massimo sforzo tollerato, che viene interrotto dall’esaurimento fisico. Dal punto di vista energetico, i diversi meccanismi fisiologici tendono a mantenere il rifornimento di energia ad un livello adeguato alla crescente richiesta, ma inevitabilmente arrivano ad esaurire la loro capacità, oppure accade che i sistemi di regolazione giungano ad una situazione che risulta incompatibile con tale adeguamento, obbligando perciò l’individuo a interrompere lo sforzo. Solitamente, il VO2 max viene considerato il criterio più adeguato per caratterizzare la capacità massima di svolgere esercizio per un dato soggetto a un certo livello di allenamento. Questo dipende dal prodotto della frequenza cardiaca massimale raggiunta per la gittata sistolicaper la differenza artero-venosa massimale di O2. La frequenza cardiaca massima è un parametro direttamente collegato all’età, mentre la gittata sistolica dipende dalle dimensioni del cuore e dal grado di allenamento del soggetto; la differenza

artero-venosa massima è invece correlata, oltre che al contenuto di emoglobina nel sangue, alla capacità di assorbimento tessutale di O2, a sua volta dipendente dall’allenamento. Possiamo quindi affermare che il VO2 max dipenda soprattutto dall’età, dal sesso, dalle dimensioni corporee e dal grado di allenamento del singolo individuo, il quale è determinato in maniera rilevante da modificazioni del sistema autonomo. Dal punto di vista circolatorio, si assiste ad un aumento della frequenza cardiaca, ad una diminuzione della pressione venosa centrale ed al mantenimento della portata cardiaca, che si trova già ai suoi valori massimali. Si osserva un aumento della ventilazione, dovuto soprattutto ad un aumento della frequenza respiratoria, e un aumento dell’eliminazione di CO2 con mantenimento del VO2, cosicché si verifica un incremento del rapporto VCO2/VO2. L’aumento della ventilazione è sostenuto essenzialmente dall’aumento del tasso di CO2 e dall’aumento del tono simpatico, oltre che, nelle fasi successive, dall’aumento dell’acidosi. Nel sangue, la differenza artero-venosa di O2, che ha ormai raggiunto i suoi valori massimi, si mantiene costante, i livelli della PO2 possono scendere lievemente, il livello di acido lattico continua ad aumentare, con diminuzione della quantità di bicarbonato e conseguente discesa del pH sanguigno. La temperatura