Sistema nervoso umano con il programma adatto alla laurea universitaria in Scienze e tecnologie farmaceutiche, ma utile anche ad appassionati di anatomia.
Indice
Introduzione al sistema nervoso dell’uomo
Il sistema nervoso comprende tutto il tessuto nervoso del corpo umano. Insieme al sistema endocrino, presidia e regola le attività di altri apparati. Il sistema nervoso e l’apparato endocrino, infatti, condividono caratteristiche sia funzionali che strutturali. Spesso il sistema nervoso umano e l’apparato endocrino agiscono in sinergia sfruttando una tipologia di comunicazione comune: le reazioni chimiche.
Prima suddivisione del sistema nervoso umano
Il sistema nervoso umano comprende tutto il tessuto nervoso dell’organismo umano.
Anatomicamente è suddiviso in 2 porzioni:
- sistema nervoso centrale (SNC)
- sistema nervoso periferico (SNP)
Il sistema nervoso centrale (SNC)
Il sistema nervoso centrale è la porzione del corpo umano responsabile di elaborare, integrare e coordinare le informazioni sensitive (INPUT) e gli stimoli motori (OUTPUT). Il sistema nervoso centrale è organizzato in una ripetizione di circuiti chiamati catene neuronali. L’intelligenza, la memoria, le emozioni e l’apprendimento hanno sede nel sistema nervoso centrale.
Il sistema nervoso centrale (SNC) è composto da:
- Encefalo (protetto all’interno della scatola cranica).
- Midollo spinale (protetto dalla colonna vertebrale, definita anche canale vertebrale).
Dal midollo spinale partoni i nervi motori e arrivano i nervi somatici.
– I nervi motori sono i nervi efferenti (OUTPUT), dal midollo spinale inviano le informazioni dirette alle zone periferiche del corpo
– I nervi somatici sono nervi afferenti (INPUT), dalla periferia arrivano informazioni al midollo spinale.
Il sistema nervoso periferico (SNP)
Il sistema nervoso periferico è composto dai nervi periferici e recettori che si trova al di fuori della scatola cranica e della colonna vertebrale. In particolare è costituito da:
- nervi cranici fibre afferenti al sistema nervoso periferico (ricevono informazioni)
- nervi spinali fibre efferenti al sistema nervoso periferico (inviano informazioni)
- recettori sensoriali
dispositivi biologici che convertono diverse forme di energia nel ‘linguaggio’ del sistema nervoso ovvero in variazioni di potenziale di membrana dei neuroni.
Un recettore percepisce una precisa modificazione dell’ambiente esterno. La stimolazione del recettore genera impulsi che vengono trasmessi al sistema nervoso centrale.
Il sistema nervoso periferico si differenzia in:
- sistema nervoso periferico somatico
- sistema nervoso periferico autonomo
Il sistema nervoso periferico somatico controlla tutto ciò che è sotto la nostra volontà (muscoli scheletrici). Il sistema nervoso somatico controlla il muscolo scheletrico tramite una struttura definita placca neuromotrice.
Il sistema nervoso periferico autonomo innerva gli organi interni (esempio apparato digerente) e le ghiandole (ghiandole endocrine) costituite da muscolatura liscia il cui movimento è involontario e modulato da ormoni.
La giunzione neuromuscolare è l’unità di comunicazione tra SNP autonomo e muscolatura liscia.
Il sistema nervoso periferico autonomo si divide a sua volta in:
- Simpatico (chiamato anche ortosimpatico): utilizza come principale neurotrasmettitore la noradrenalina. Utilizza anche l’adrenalina con una duplice funzione: neurotrasmettitore e neurormone.
- Parasimpatico: utilizza come principale neurotrasmettitore l’acetilcolina
- Enterico: controlla i visceri (la motilità intestinale ed in parte gastrica).
Organizzazione generale del SN
In questo paragrafo studiamo l’organizzazione generale del sistema nervoso umano. Il SN è organizzato in una ripetizione di circuiti definiti catene neuronali. Il numero e la complessità delle catene neuronali variano da organismo a organismo in base all’evoluzione dell’individuo ( e della specie) in esame.
Fibre nervose afferenti e fibre nervose efferenti.
Quando si parla del sistema nervoso ci si riferisce spesso a fibre afferenti e fibre efferenti. Le fibre efferenti sono fibre motorie, mentre le fibre afferenti sono fibre sensoriali.
Le fibre afferenti sono definite anche neuroni sensoriali (fibre nervose sensoriali). I neuroni sensoriali raccolgono, tramite recettori, informazioni provenienti dalla periferia del nostro corpo (stimoli visivi/uditivi/dolore/stimoli meccanici etc. etc.). Le informazioni raccolte, vengono trasmesse al midollo spinale, dal midollo arrivano all’encefalo.
Gli stimoli convogliati a livello encefalico del sistema nervoso generano delle risposte.
I neuroni motori sono fibre nervose efferenti (definiti anche nervi motori, fibre nervose motorie). Hanno la funzione di consegnare le risposte (generate dai centri superiori del SN) al midollo spinale che le trasporta agli effettori.
Gli effettori possono essere di tipo:
- muscolare (effettori muscolari)
- ghiandolare (effettori ghiandolari) in grado di secernere sostanze di risposta
Organizzazione cellulare del tessuto nervoso
Il tessuto nervoso che comprende il sistema nervoso, possiede due tipi di cellule:
- le cellule nervose definite neuroni
- le cellule di supporto definite nevroglia
I neuroni
Il nostro sistema nervoso è costituito da circa 100 miliardi di neuroni.
I neuroni sono i responsabili del trasferimento e dell’elaborazione delle informazioni, trasportano impulsi nervosi grazie alla nascita di un potenziale di azione (argomento approfondito in fisiologia).
I neuroni si distinguono in:
- neuroni sensoriali (fibre afferenti sensoriali)
Trasferiscono le informazioni come segnale elettrico dalla periferia al midollo spinale, che a sua volta convoglia le informazioni a livello encefalico. - neuroni motori (fibre efferenti motorie
Inviano i segnali di risposta dai centri superiori nervosi alla periferia realizzando contrazioni muscolari o attività secretorie. - interneuroni: Modulano i segnali in arrivo (trasportati dai neuroni sensoriali) con i segnali in uscita (trasportati dai neuroni motori).
I neuroni sono cellule polarizzate, l’informazione è unidirezionale (può scorrere o in una direzione o nell’altra).
Le cellule glia
Il sistema nervoso umano possiede circa 1000 miliardi di cellule glia.
Le cellule gliali (chiamate anche cellule della nevroglia) hanno una derivazione nervosa. Sono di dimensioni più piccole dei neuroni e hanno la capacità di dividersi, ma sono cellule che hanno perso la capacità di inviare segnali elettrici.
Le cellule gliali sono di molti tipi, la prima grande suddivisione è in cellule della microglia e cellule della macroglia.
Le cellule della microglia derivano da cellule di origine ematopoietica, infatti derivano dai macrofagi (cellule che fanno parte dei globuli bianchi). Sono cellule modificate presenti solo a livello del sistema nervoso. Le microglia hanno funzione di difesa e fagocitaria (sono in grado di fagocitare neuroni danneggiati o sostanze tossiche riversate nel tessuto).
Le cellule della macroglia derivano da cellule epiteliali. Hanno funzione trofica e di difesa. A livello del sistema nervoso esistono svariate cellule appartenenti a questa categoria, ad esempio:
- astrociti e oligodendrociti, localizzati a livello del sistema nervoso centrale
- le cellule di Schwann, localizzate a livello del sistema nervoso periferico.
Anatomia del neurone, scopriamo come è composto un neurone
Anche i neuroni sono caratterizzati da una propria anatomia. Scopriamo come sono formati i neuroni.
C’è da fare una premessa, i neuroni sono definite cellule polarizzate questo perchè il segnale può andare in un’unica direzione. Il segnale non può tornare indietro, segue un unico senso direzionale. La direzionalità del segnale è dovuta a caratteristiche anatomiche dei neuroni.
L’informazione codificata da un neurone è un segnale di tipo elettrico, vediamo le parti che formano il neurone e come si comportano con il segnale elettrico.
Le componenti cellulari dei neuroni sono:
- dendriti
- corpo cellulare
- assone
- cellule di Schwann e Oligodendrociti
Analizziamo ognuna delle componenti anatomiche dei neuroni.
- Dendriti: sono particolari estroflessioni della membrana plasmatica che partono dal corpo cellulare dei neuroni. Il neurone raccoglie l’impulso elettrico a livello dei dendriti.
In breve i dendriti sono compartimenti cellulari specializzati nel ricevere gli impulsi nervosi. Nel sistema nervoso centrale, i dendriti, sono altamente ramificati ed ogni ramificazione possiede le spine dendritiche. A livello delle spine dendritiche il neurone riceve informazioni da altri neuroni.
A livello della membrana plasmatica esistono dei recettori che legano un neurotrasmettitore proveniente da un’altra cellula nervosa. - Corpo cellulare (pirenoforo o soma). Come ogni cellula anche il neurone ha un corpo cellulare che contiene il nucleo e che gestisce i processi cellulari di base. Il nucleo si occupa di tutta la sintesi delle proteine e gestisce i processi cellulari.
Dal corpo cellulare parte un’altra struttura tipica ed esclusiva dei neuroni che è l’assone.
Il corpo cellulare dei neuroni presenta numerose ramificazioni che sono i dendriti. - Assone parte dal corpo cellulare, è come se fosse un dendrita particolarmente grande. E’ il punto in cui il segnale elettrico viene propagato lungo l’assone del neurone fino a giungere al terminale assonico. A sua volta il terminale assonico comunica il neurone successivo.
Neuroni mielinici e neuroni amielinici
In particolari neuroni, i neuroni mielinici, a livello dell’assone sono presenti una sorta di manicotti che rappresentano il rivestimento dell’assone di questi neuroni. La guaina mielinica è una sostanza isolante che viene prodotta dagli oligodentrociti a livello del SNC e dalle cellule di Schwann a livello del SNP. La guaina mielinica fa si che la conduzione dell’impulso lungo l’assone sia molto più veloce. rispetto alla conduzione di un impulso dato da neuroni privi di guaina mielinica (neuroni amielinici).
Come funziona la mielina
La funzione principale della mielina è quella di consentire la corretta propagazione degli impulsi nervosi e di aumentarne la velocità.
La mielina non riveste gli assoni in modo uniforme, si creano una specie di manicotti, Questo permette all’impulso nervoso di non percorrere tutta la lunghezza dell’assone, ma di “saltare da un manicotto all’altro”. Le interruzioni della guaina mielinica tra un manicotto e l’altro vengono definite Nodi di Ranvier. L’impulso pertanto salta da un Nodo di Ranvier all’altro.
I Nodi di Ranvier hanno la caratteristica di essere densi di canali al sodio e potassio, ovvero i canali responsabili del passaggio del potenziale di azione.
Se nella mielina non è presente il segnale non si propaga per modo saltatorio, ma passa per ogni punto della membrana plasmatica, motivo per il quale il passaggio dell’impulso è più lento.
Quanti tipi di neuroni esistono? Le principali tipologie di neuroni
I neuroni possono essere classificati in base alla loro morfologia in funzione del numero di terminazioni che emergono dal corpo cellulare. Cambia la configurazione anatomica dei neuroni.
- Neuroni assonici: sono neuroni di piccole dimensioni. Non vi sono elementi ovvero estroflessioni che consentono di individuare dendriti. La funzione dei neuroni assonici è ancora poco nota.
- Neuroni bipolari
Si tratta di neuroni che si presentano come se avessero non un solo assone, ma due assoni.
In realtà si tratta di un unico assone con due diramazioni. Dal corpo cellulare centrale dei neuroni bipolari partono due diramazioni cellulari.
Una diramazione emerge verso l’alto ed ha la funzione di dendrite.
La diramazione rivolta verso il basso ed ha la funzione di assone.
I neuroni bipolari sono caratteristici delle strutture sensoriali, ad esempio, sono presenti nella retina, nell’epitelio olfattivo, nel sistema vestibolare ed uditivo. - Neuroni pseudounipolari
Dal loro corpo cellulare parte un’unica estroflessione cellulare. Questa estroflessione è definita assone. A primo impatto sembrerebbe che i neuroni pseudounipolari non abbiano dendriti.
Non è così, infatti dal corpo cellulare partono due diramazioni. La diramazione localizzata verso l’altro è il dendrite, riceve il messaggio dalla periferia.
La diramazione che volge verso il basso ha la funzione di assone.I neuroni pseudounipolari ricevono le informazioni dalla periferia. Sono caratteristici dei gangli sensoriali, dei nervi cranici e spinali. - Neuroni multipolari dal corpo cellulare partono molti dendriti, un singolo lungo assone che può avere numerose ramificazioni.
I neuroni multipolari sono ad esempio le cellule piramidali (cellule con corpo a forma di piramide), e le cellule del Purkinje.
Le cellule piramidali hanno sia dendriti basali che dendriti apicali (ovvero sono dendriti che fuoriescono dalla base e dall’apice della piramide), inoltre presentano un un lungo assone seguito dal terminale sinaptico. I neuroni piramidali sono caratteristici della corteccia cerebrale, sono le cellule maggiormente presente nella corteccia cerebrale.Le cellule del Purkinje hanno un corpo cellulare rotondo con i dendriti organizzati in una diramazione unica e si presentano come una sorta di ciuffo. Ovviamente è presente anche l’assone con il suo terminale assonico. Le cellule del Purkinje sono cellule tipiche del cervelletto.
La teoria del neurone
I neuroni comunicano attraverso impulsi di tipo elettrico, si tratta di vere e proprie variazioni della carica interna ed esterna rispetto la membrana plasmatica. La membrana cellulare delle fibre muscolari scheletriche e della maggior parte dei neuroni è eccitabile. Per membrana eccitabile si intende la capacità della membrana di condurre impulsi elettrici.
Esiste una differenza di potenziale elettrico ai capi della membrana cellulare di ogni cellula a riposo, questa differenza di potenziale elettrico esiste anche ai due lati della membrana dei dendriti, del corpo cellulare e dell’assone.
Una volta arrivato il potenziale di azione si ha inversione delle cariche ai lati della membrana, tale inversione rappresenta il potenziale d’azione. L’impulso nervoso, definito anche potenziale d’azione, è quindi una modificazione del potenziale di membrana che si sviluppa quando l’assolemma (la membrana plasmatica che avvolge l’assone) è stimolato a livello di soglia.
Tutte le cellule hanno un potenziale di membrana. Il potenziale di membrana rappresenta la carica elettrica della cellula a riposo, tale carica elettrica è dovuta alla differente distribuzione di ioni carichi + e ioni carichi – sui due lati della membrana plasmatica. Quando l’assone riceve uno stimolo si produce una temporanea modificazione di permeabilità di una porzione della membrana plasmatica. Si determina una modificazione del potenziale di membrana dell’assone. Quando lo stimolo è sufficiente a produrre un potenziale d’azione viene definito stimolo soglia.
Il potenziale di azione che si sviluppa in un determinato punto dell’assone si propaga. La velocità dell’impulso dipende dalla tipologia dell’assone (dipende da caratteristiche come diametro dell’assone, ma come visto anche dalla presenza o meno della guaina mielinica)..
L’assone con diametro maggiore e l’assone che dispone di guaina mielinica propagano l’impulso in modo più veloce. Da studi di laboratorio si nota che un assone mielinico propaga il segnale sette volte più velocemente di un assone a-mielinico (privo di guaina mielinica).
La propagazione porta ad un inversione totale del potenziale d’azione. Il potenziale d’azione giunge fino al terminale sinaptico, il neurotrasmettitore si libera nel vallo sinaptico determinando la variazione del potenziale a riposo del neurone successivo.
Il messaggio di tipo elettrico che parte dai dendriti e che giunge all’assone si traduce nella liberazione del neurotrasmettitore che deve passare l’informazione al neurone successivo.
L’informazione può essere più o meno intensa, a cambiare l’intensità di una informazione è la frequenza dei potenziali di azione. Più è alta la frequenza di potenziale di azione – ovvero più potenziali di azione si generano nella stessa unità di tempo – più è alta l’intensità dell’informazione.
Le sinapsi chimiche, il punto in cui un messaggio viene passato da un neurone ad un altro neurone
La sinapsi è un sito di comunicazione intercellulare tra una cellula neurone e un altra cellula neurone. Si tratta di una giunzione cellulare specializzata dove il terminale assonico prende contatto con un’altra cellula neurone o con un ulteriore tipo di cellula. Le sinapsi esistono perchè un neurone è separato dall’altro neurone, non si toccano se non tramite le sinapsi ovvero la giunzione cellulare.
Il flusso di informazione, generalmente, procede dal terminale assonico al neurone bersaglio. Per tale motivo il terminale assonico è definito anche pre-sinaptico mentre il neurone bersaglio è definito post-sinaptico, lo spazio intercellulare tra terminale assonico e neurone bersaglio è la sinapsi.
Strutture delle sinapsi chimiche classiche asso-dendritiche, le giunzioni cellulari che mettono in comunicazione i neuroni
Le sinapsi possono essere sinapsi chimiche o sinapsi elettriche. Le sinapsi chimiche sono costituite da più strutture:
- Terminale del neurone presinaptico, si tratta del terminale assonico (definito anche bottone assonico) del neurone precedente la sinapsi. La membra cellulare del terminale assonico del neurone presinaptico viene definita anche membrana presinaptica. E’ la membrana dove arriva il potenziale d’azione.
- Vallo sinaptico è lo spazio presente tra i due neuroni. Nelle sinapsi chimiche è un vero e proprio spazio fisico tra il neurone presinaptico e il neurone postsinaptico.
- Membrana postsinaptica In una sinapsi classica il terminale pre-sinaptico è costituito da un terminale assonico (diramazione dell’assone), la porzione post-sinaptica in una sinapsi tradizionale è rappresentato del dendrite ovvero estroflessioni del corpo cellulare. In questo caso la membrana del dendrite è definita membrana postsinaptica.
- Recettori
Il potenziale d’azione del neurone presinaptico arriva sino al terminale assonico. A questo punto innesca il rilascio del neurotrasmettitore. A livello del terminale assonico sono presenti delle vescicole che contengono il neurotrasmettitore. Una volta giunto il potenziale d’azione le vescicole si avvicinano alla membrana pre sinaptica e tramite l’endocitosi rilasciano il neurotrasmettitore a livello del vallo sinaptico. Il neurotrasmettitore esce dal terminale pre sinaptico entra nello spazio dalle due porzioni pre e post sinaptica e si lega a specifici recettori localizzati sulla membrana del dendrite postsinaptico. Il legame tra recettore e neurotrasmettitore innesca una risposta nel neurone post sinaptico.I neurotrasmettitori sono quindi piccole molecole prodotte dal neurone presinaptico.
I recettori sono proteine capaci di legare i neurotrasmettitori a livello del neurone postsinaptico.In questo caso il potenziale d’azione non potrà mai tornare indietro, andrà sempre verso il neurone post sinaptico.
Altri tipi di sinapsi chimiche
Le sinapsi asso dendritiche sono le sinapsi più comuni. Permettono una comunicazione molto precisa a livello spaziale. Comunicano infatti con una parte precisa della cellula: i dendriti.
Vi sono poi altre tipologie di sinapsi: le sinapsi asso-assoniche e le sinapsi asso-somatiche.
Le sinapsi asso-assoniche sono costituite da:
- neurone presinaptico con il terminale presinaptico rappresentato dall’assone, vaso sinaptico, del neurone post-sinaptico la parte interessata dalla sinapsi non è il dendrite, ma il corpo cellulare.
Viene quindi inviato il segnale a tutto il neurone post sinaptico, infatti l’informazione giunge a tutta la membrana del corpo cellulare
Sinapsi asso-assoniche
Il terminale presinaptico è sempre l’assone, il terminale post sinaptico è nuovamente un assone. Il terminale assonico del primo neurone prende contatto con l’assone del secondo neurone.
E’ tipica dei neuroni interneuroni che devono modulare messaggi in entrata e in uscita, il neurone 1 deve in qualche modo controllare il neurone 2.
Permettono di controllare, grazie al meccanismo a feedback) il rilascio del neurotrasmettitore. Il primo neurone deve interferire sull’attività del neurone secondo, ad esempio il primo neurone può inibire o incentivare il numero di neurotrasmettitori rilasciati dal secondo neurone.
Le sinapsi descritte sin ora sono sinapsi tra due neuroni, ma Le sinapsi esistono anche tra neuroni e organi effettori che possono essere muscolo liscio, scheletrico o ghiandole.
Nel caso di sinapsi tra neurone e un organo effettore dei muscoli scheletrici (si ha giunzione neuromuscolare), nel caso di sinapsi tra neurone e un organo effettore ghiandola (si ha sinapsi neuro-ghiandolare).
Differenza tra sinapsi chimiche e sinapsi elettriche
Le sinapsi viste sino ad ora sono sinapsi chimiche, si dicono chimiche perchè rilasciano un neurotrasmettitore di tipo chimico.
I neurotrasmettitori possono avere un’attività di tipo inibitorio (impediscono il potenziale d’azione a livello del neurone post sinaptico inibendolo) o di tipo eccitatorio (innescano un nuovo potenziale di azione eccitando il neurone post sinaptico).
La gaba e la glicina sono esempi di neurotrasmettitori inibitori. I neurotrasmettitori inibitori sono caratteristici del sistema nervoso centrale.
Alcuni neurotrasmettitori possono essere sia eccitatori che inibitori, è il caso della serotonina e dopamina, che in genere sono eccitatori.
Altri neurotrasmettitori sono sempre eccitatori, ad esempio il glutammato e la sostanza P.
Il vantaggio della sinapsi chimica è che il segnale che arriva viene amplificato. Vengono rilasciate numerose molecole di neurotrasmettitore che si legheranno a numerosi recettori, il segnale proveniente dal neurone presinaptico, rilasciando il neurotrasmettitore, viene amplificato.
La sinapsi chimica è più lenta della sinapsi elettrica. Altra caratteristica della sinapsi chimica è di fornire il messaggio in modo unidirezionale, infatti il neurotrasmettitore è rilasciato dalla membrana presinaptica e viene legato a recettori presenti nella membrana post-sinaptico, questo fa si che il messaggio abbia una direzione unica.
Le sinapsi elettriche del sistema nervoso umano
Le sinapsi elettriche vengono chiamate anche gap junction. Sono molto più veloci delle sinapsi chimiche, il segnale passa dal neurone 1 al neurone 2 e dal neurone 2 al neurone 1 continuamente. Il passaggio continuo di segnale è possibile perchè le sinapsi elettriche sono canali aperti che mettono in comunicazione due cellule (due neuroni o neuroni e cellule gliali oppure due cellule di tipo muscolare liscio) dove passano gli ioni.
Il segnale in questo caso non viene amplificato, il segnale passa senza fasi intermedie dal neurone 1 al neurone 2 sena possibilità di amplificarlo.
Nel caso della sinapsi elettrica la direzione del segnale è bidirezionale, dal neurone 1 al neurone 2 e dal neurone 2 al neurone 1. Tali canali lasciano passare gli ioni e quindi il segnale elettrico in entrambe le direzioni.
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