CAPITOLO 1
ANATOMIA E FISIOLOGIA DEL SISTEMA NERVOSO
Il sistema nervoso è un complesso di organi specializzati la cui funzione può essere definita come la capacità di ricevere e riconoscere stimoli, provenienti dall’esterno e dall’interno dell’organismo, ed elaborare risposte coordinate di tipo volontario e involontario.
Anatomicamente è suddiviso in sistema nervoso centrale (SNC) e sistema nervoso periferico (SNP).
Funzionalmente, il sistema nervoso è suddiviso in somatico o volontario (della vita di relazione) e autonomo o involontario (della vita vegetativa).
Il sistema nervoso somatico riceve, analizza e risponde a stimoli dal mondo esterno mentre il sistema nervoso autonomo regola i processi vitali dell’organismo controllando funzioni involontarie che comprendono rallentamento o accelerazione della frequenza cardiaca, vasocostrizione o vasodilatazione, inspirazione ed espirazione, dilatazione o costrizione delle pupille.
Il sistema nervoso nasce dalla connessione di miliardi di neuroni, che ne rappresentano l’unità costitutiva fondamentale.
La cellula nervosa è costituita da un corpo centrale o pirenoforo contenente il nucleo e da prolungamenti citoplasmatici che costituiscono le fibre nervose. Questi prolungamenti si distinguono in dendriti, che ricevono le informazioni, e assone, che invia le informazioni dal neurone verso un altro neurone o verso
un’altra destinazione. I collegamenti tra i vari neuroni avvengono attraverso sinapsi. Per mantenere il proprio metabolismo, le cellule nervose hanno bisogno di un tessuto trofico e di sostegno, costituito da cellule gliali che costituiscono la nevroglia e che sono collocate tra i capillari e le cellule nervose. Queste favoriscono il nutrimento dei neuroni e la neurotrasmissione, alcune forniscono alle fibre nervose un rivestimento citoplasmatico che isola ciascuna fibra da quelle vicine evitando la dispersione e costituendo così la mielina. Inoltre alcuni gliociti, insieme all’endotelio dei capillari sanguigni del cervello, concorrono nella formazione della barriera emato-encefalica, una struttura funzionale interposta fra sangue e parenchima nervoso che regola selettivamente il passaggio sanguigno di sostanze chimiche da e verso il cervello, proteggendolo dagli elementi nocivi presenti nel sangue (Willis, 2005; Konig, 2006; Dyce, 2010).
1.1 Cenni di anatomia
Il sistema nervoso viene suddiviso essenzialmente in due parti: sistema nervoso centrale e sistema nervoso periferico.
Il sistema nervoso centrale è formato da encefalo, midollo spinale e meningi. L’encefalo costituisce la parte maggiormente complessa del sistema nervoso centrale; esso ha una forma ovoidale con asse maggiore diretto sagittalmente; è situato nella cavità cranica, avvolto dalle meningi; caudalmente si continua con il midollo spinale in corrispondenza del grande foro occipitale.
Il peso dell’encefalo varia secondo l’età e il sesso. Tutte le cavità interne dell’encefalo sono ripiene di liquido cefalo-rachidiano (o liquor). Sulla faccia dorsale dell’encefalo si osservano, in senso cranio-causale:
Gli emisferi cerebrali, separati in corrispondenza del piano sagittale mediano dalla fessura interemisferica, sul fondo del quale compare il corpo calloso con gli altri organi interemisferici destinati a riunire parzialmente gli emisferi stessi;
Il cervelletto, costituito dal verme, impari e mediano, e dai due emisferi cerebellari, uno per lato;
Gli emisferi cerebrali e il cervelletto sono separati tra loro dalla fessura trasversale.
Sulla faccia ventrale dell’encefalo si osservano:
La faccia ventrale degli emisferi cerebrali, sui quali, da ciascun lato, si distinguono il bulbo olfattivo e il peduncolo olfattivo con le radici olfattive;
Il chiasma ottico, zona d’incontro dei due nervi ottici;
L’ipofisi, unita mediante un breve peduncolo al tuber cinereum dell’ipotalamo;
Il corpo mammillare, piccolo rilievo appartenente all’ipotalamo;
I peduncoli cerebrali, uno per lato, facenti parte del mesencefalo. Sono costituiti da due grossi fasci di sostanza bianca che emergono dagli emisferi e convergono caudalmente delimitando tra loro un piccolo spazio triangolare, la fossa inter-peduncolare;
La faccia ventrale del ponte e del bulbo.
Tutti i nervi encefalici emergono dalla faccia ventrale del tronco encefalico che è costituito da bulbo, ponte e parte ventrale del mesencefalo.
Nell’encefalo si possono riconoscere:
La sostanza grigia, costituita da cellule nervose e da fibre nervose amieliniche, si dispone a costituire la corteccia, come ad esempio avviene a livello del cervelletto (corteccia cerebellare) e degli emisferi cerebrali (corteccia cerebrale)
La sostanza bianca, formata principalmente da fibre nervose mieliniche La circolazione arteriosa encefalica è costituita da quattro rami principali (due per lato):
Le due arterie carotidi interne Le due arterie vertebrali
Le vene dell’encefalo sono tributarie dei seni venosi cranici situati nella dura madre, da cui nascono rami che affluiscono al sistema delle vene giugulari.
Anche nel cervelletto troviamo sostanza bianca e sostanza grigia.
La sostanza bianca forma il corpo midollare, nel quale si trovano quattro piccoli nuclei di sostanza grigia:
Il nucleo del tetto Il globoso
L’emboliforme Il dentato
La sostanza grigia viene anche detta corteccia cerebellare. Esistono nel cervelletto numerose vie di connessione con altri organi del sistema nervoso centrale, che vengono distinte in:
Vie afferenti, attraverso le quali gli impulsi nervosi arrivano al cervelletto
Vie efferenti, attraverso le quali gli impulsi nervosi partono dal cervelletto
Con le sue connessioni il cervelletto è strettamente interessato alla regolazione dell’equilibrio del corpo, la regolazione del tono muscolare ed il controllo della motilità volontaria.
Il midollo spinale occupa il canale vertebrale dall’atlante fino al segmento lombare della colonna vertebrale. Appare costituito da sostanza grigia, centrale, e da sostanza bianca, periferica, ed ha colore biancastro. Nella parte assiale della sostanza grigia si trova un esile canale, il canale ependimale.
La sostanza grigia assume nelle sezioni trasversali una configurazione ad H: La parte disposta trasversalmente è detta commessura grigia
Le due braccia laterali vengono distinte, da ciascun lato, in un corno dorsale e in un corno ventrale.
Nella porzione toracica del midollo esiste una piccola sporgenza laterale della sostanza grigia, il corno laterale. La sostanza grigia è costituita essenzialmente
di pirenofori, uniformemente distribuiti o raggruppati nei cosiddetti nuclei, e fibre nervose.
La sostanza bianca consta di fasci di fibre nervose che vengono distinti topograficamente in cordoni (dorsale, laterale e ventrale). Una zona di sostanza bianca, la commessura bianca, unisce il cordone ventrale di un lato con quello del lato opposto. I sistemi di fibre nervose del midollo spinale possono essere distinti in due grandi categorie:
Uno esogeno, costituito da fibre che collegano i nuclei della sostanza grigia del midollo spinale con i centri encefalici, mediante decorso ascendente (dal midollo spinale all’encefalo) o discendente (dai centri encefalici al midollo);
Uno endogeno, costituito da fibre che penetrano nel midollo (fibre afferenti), si collegano con i nuclei di sostanza grigia del midollo stesso e trasmettono stimoli agli organi periferici (fibre efferenti) senza intervento dei centri encefalici: costituiscono cioè la base anatomica dei riflessi spinali.
Le cellule nervose, in base alla loro funzione e al destino del loro neurite, sono distinte in:
Cellule radicolari, situate nel corno ventrale. Danno origine alle fibre motrici o effettrici che fuoriescono dal midollo spinale tramite le radici ventrali dei nervi e si portano alla muscolatura striata (fibre motrici somatiche), alla muscolatura liscia dei visceri e alle ghiandole (fibre motrici viscerali);
Cellule funicolari, che comprendono due tipi di neuroni. I neuroni con prolungamento a T dei gangli spinali, raccolgono con il loro ramo periferico stimoli sensitivi dei vari organi periferici e li trasmettono con il ramo centrale alle cellule della sostanza grigia del midollo e direttamente ai centri encefalici. I neuroni della sostanza grigia collegano con i loro neuriti zone della stessa sostanza grigia del midollo o centri encefalici.
I fasci del sistema endogeno di conduzione si localizzano nei tre cordoni di sostanza bianca in prevalenza nella parte di sostanza bianca a contatto della sostanza grigia. Sono costituiti da fibre ascendenti e discendenti che collegano diversi tratti del midollo spinale. Al midollo spinale si distribuiscono diversi rami arteriosi che originano dalle arterie vertebrali, toraciche, lombari e sacrali.
Le vene sono per lo più satelliti delle arterie e non esistono vasi linfatici.
Le meningi sono costituite da membrane di natura connettivale con funzione protettiva che avvolgono il midollo spinale e l’encefalo, contrapponendosi tra gli organi e le pareti ossee delimitanti il canale vertebrale e la cavità cranica. Si distinguono dall’esterno verso l’interno:
La dura madre. È una membrana fibrosa bianco-grigiastra, resistente che appare fusa con il periostio delle ossa delimitanti la cavità cranica; mentre a livello del midollo spinale essa è separata dal canale vertebrale mediante lo spazio epidurale, occupato da grasso
L’aracnoide. Costituita da una sottile lamina interposta tra la dura madre e la pia madre. È separata dalla prima dallo spazio subdurale, contenente linfa, e dalla seconda dallo spazio subaracnoideo, ripieno di liquido cefalo-rachidiano
La pia madre. Aderisce direttamente alla sostanza nervosa, è di colore biancastro, molto ricca di vasi e si addentra anche nelle cavità ventricolari encefaliche (Barone, 2006; Konig et al, 2006; Dyce et al, 2010; Lahunta, 2010)
Il liquido cefalo-rachidiano, chiamato anche liquor, si trova nel canale ependimale del midollo spinale, nei ventricoli cerebrali e nello spazio infraracnoideo. Possiede una composizione simile a quella del plasma con scarse sostanze proteiche e scarsissimi elementi morfologici (per lo più linfociti). È normalmente un liquido limpido, cristallino e incolore (Braund, 2002). Una delle sue funzioni è quella di esercitare una protezione meccanica sul midollo spinale e sull’encefalo. È stata pure dimostrata una funzione nutritiva del liquor, probabilmente esso serve anche come via di eliminazione di prodotti del metabolismo del sistema nervoso centrale (Barone, 2006; Konig, 2010).
Da un punto di vista ontogenetico e filogenetico, l’encefalo può essere suddiviso 3 porzioni principali:
Rombencefalo, è l’encefalo posteriore, suddiviso in mielencefalo e metencefalo e comprende il midollo allungato, il ponte ed il cervelletto
Mesencefalo, una porzione corta e compatta del tronco encefalico. È visibile sulla superficie ventrale dell’encefalo, in cui sono evidenti i peduncoli cerebrali, la fossa interpeduncolare e l’origine apparente dei nervi oculomotori. Dorsalmente è nascosto dagli emisferi cerebrali e dal cervelletto
Prosencefalo, suddiviso in diencefalo e telencefalo. Il diencefalo, impari, comprende epitalamo, talamo ed ipotalamo. Il telencefalo invece è formato da due metà, gli emisferi cerebrali e contiene la corteccia cerebrale (Barone, 2006; Konig et al, 2006; Dyce et al, 2010; Lahunta, 2010)
1.2 Cenni di fisiologia del neurone
Quando una fibra nervosa riceve uno stimolo proveniente da un’altra fibra o dall’ambiente esterno si genera una corrente che produce un aumento di cariche positive all’interno della fibra e ridurrà il potenziale di riposo della membrana. Inizierà un processo di depolarizzazione.
La depolarizzazione provoca un aumento della permeabilità della membrana, i cui canali ionici voltaggio-dipendenti potranno aprirsi e ioni elettricamente carichi la attraverseranno. Quando l’eccitabilità aumenta raggiungendo un livello critico, che in alcune fibre è di circa -45 mV, si avrà un fenomeno irreversibile (che segue la legge del tutto o nulla), autorigenerantesi, che prende il nome di potenziale d’azione (Mancia,1993; Cunningham, 2006).
I canali ionici sono dei pori di contenuto acqueo che permettono agli ioni il passaggio attraverso il doppio strato lipidico idrofobico delle membrane.
Alcuni canali sono definiti voltaggio-dipendenti o a porta elettrica (Na+, K+, Ca++). Un altro tipo è invece attivato da specifiche sostanze chimiche. Questi sono controllati da neurotrasmettitori che si legano con legame non covalente al proprio sito recettoriale. Per quasi tutti i canali esistono specifiche sostanze esogene o endogene che possono esercitare su di essi azioni di attivazione, di blocco o di modulazione.
Il punto di contatto funzionale tra i neuroni dove avviene la trasmissione del segnale si chiama sinapsi. Esistono sinapsi elettriche, nelle quali le correnti si trasmettono direttamente da una cellula a quella contigua, e sinapsi chimiche (Immagine n° 1.1), in cui avviene il passaggio unidirezionale degli impulsi nervosi da un neurone ad un altro mediante un meccanismo di natura chimica (Mancia, 1993; Giulio, 2001; Cunningham, 2006).
La sinapsi è costituita da un elemento presinaptico (in cui troviamo le vescicole contenenti il mediatore), uno spazio intersinaptico di circa 150-200
Å ed un elemento postsinaptico che può essere il soma cellulare, dendriti o terminali assonici di altri neuroni (Giulio, 2001; Willis, 2005).
Quando un potenziale d’azione giunge a livello della terminazione presinaptica, una certa quantità di vescicole presinaptiche si rompe liberando il neurotrasmettitore in esse contenuto. Questo passa nello spazio inter-sinaptico, si lega ai recettori specifici sulla membrana postsinaptica, alterandone la permeabilità, ed in questo modo propaga la sua azione all’interno del neurone.
Esistono sinapsi eccitatorie ed inibitorie. Nelle sinapsi eccitatorie, l’arrivo del potenziale d’azione nell’elemento pre-sinaptico promuove l’apertura dei canali del Ca++ che entrando nella cellula portano al distacco delle vescicole presinaptiche dal reticolo endoplasmatico. Queste poi si fondono con la membrana cellulare e liberano il neurotrasmettitore eccitatorio nel vallo sinaptico, che va a legarsi con i recettori di Na+ e Ca++ nell’elemento postsinaptico e promuove l’ingresso di questi ioni che garantiranno il passaggio del potenziale d’azione.
Nelle sinapsi inibitorie, invece, il neurotrasmettitore, nell’elemento post-sinaptico promuove l’apertura dei canali di Cl- e K+ che abbassano il potenziale di membrana ed iperpolarizzano la cellula post-sinaptica con conseguente interruzione del potenziale d’azione (Mancia, 1993; Giulio, 2001; Willis, 2005; Cunningham, 2006).
1.3 I neurotrasmettitori
Esistono numerose sostanze chimiche chiamate neurotrasmettitori con effetto eccitatorio ed inibitorio. L’azione provocata dal neurotrasmettitore non dipende soltanto dalla sua natura chimica ma anche dalle caratteristiche del recettore cui va a legarsi.
I recettori agiscono sui canali ionici della membrana postsinaptica in due modi e ciò dipende essenzialmente dal tipo di recettore.
Una prima categoria è costituita dai recettori-canale, il cui legame con il neurotrasmettitore provoca direttamente una modificazione conformazionale del canale ionico, modificandone lo stato di apertura. La seconda categoria è costituita da recettori che influenzano indirettamente i canali ionici attraverso una catena di secondi messaggeri intracellulari (es. recettori per noradrenaline e serotonina).
Esistono infine gli autorecettori, situati sul versante presinaptico, che, stimolati dal neurotrasmettitore, sono capaci di un’azione modulatrice a feedback e
partecipano, quindi, all’omeostasi funzionale del sistema (Mancia, 1993; Cunningham, 2006).
1.3.1 Glutammato
È il principale neurotrasmettitore eccitatorio del sistema nervoso centrale. I recettori del glutammato identificati sono almeno 4 tipi e si possono suddividere in NMDA e non-NMDA a seconda che siano attivati o meno da una sostanza simile al glutammato: l’N-metil-D-aspartato (Mancia, 1993). Il glutammato apre i canali cationici selettivi a K+, Na+ e Ca++ (Giulio, 2001)
1.3.2 Acido gamma-amino-butirrico (GABA)
Il GABA è il principale neurotrasmettitore inibitorio ad azione iperpolarizzante. Viene sintetizzato dal glutammato tramite una reazione catalizzata dall’acido glutammico decarbossilasi (GAD). Il suo recettore è un recettore-canale che forma un canale selettivo per il Cl- e possiede anche i punti attacco di alcuni farmaci come barbiturici e benzodiazepine (Mancia, 1993; Giulio, 2001).
Esistono due tipi di recettori per il GABA, i recettori GABA A che si trovano a
livello post-sinaptico e la cui attivazione provoca inibizione aprendo i canali dei cloruri, ed i recettori GABA B che si trovano a livello pre-sinaptico e
limitano il rilascio di neurotrasmettitori per cui possono anche indurre uno stato di ipereccitabilità (Penderis, 2004; Jaggy, 2008).
1.3.3 Acetilcolina
Sintetizzata a partire dalla colina in presenza di acetil-CoA e di colina-acetiltransferasi ed idrolizzata dall’acetilcolinesterasi, ha funzione eccitatoria a livello dei recettori nicotinici delle sinapsi colinergiche e funzione inibitoria a livello dei recettori muscarinici. È presente in modesta quantità nel SNC (Giulio, 2001).
1.3.4 Noradrenalina
Sintetizzata a partire dalla dopamina per azione di una dopamina--idrossilasi.
I recettori interessati si dividono in (eccitatori, responsabili della vasocostrizione periferica) e , distinti a loro volta in 1, di tipo eccitatorio (a
livello del miocardio) e 2, di tipo inibitorio (muscolatura liscia delle coronarie, bronchioli e del tratto gastrointestinale) (Giulio, 2001).
1.3.5 Dopamina
Sinapsi dopaminergiche sono presenti nel SNC (sistema nigrostriatale, ipotalamo ecc.) (Giulio, 2001).
1.3.6 Serotonina
Viene sintetizzata a partire dal triptofano per azione di una idrossilasi e di una decarbossilasi. Ha un’azione centrale essenzialmente inibitoria e interviene nei ritmi sonno-veglia, nel sonno REM e nel controllo del dolore e delle funzioni ipotalamiche (Mancia, 1993; Mohammad- Zadeh, 2008).
1.3.7 Altri neurotrasmettitori
Esistono anche altre sostanze come i neuropeptidi che possono avere funzioni di neurotrasmettitori. Ad esempio la glicina è un neurotrasmettitore inibitorio analogo al GABA, presente negli interneuroni del midollo spinale. Nel sistema nervoso centrale sono inoltre presenti numerosi peptidi come la sostanza P, la somatostatina, la bombesina, l’istamina, la neurotensina, l’encefalina e la prostaglandina che possono assumere ruolo di neurotrasmettitori, oppure agire a distanza come neurormoni su bersagli di natura endocrina (Mancia, 1993).
