Che cos'è il sistema nervoso e a cosa serve
In biologia, col termine sistema nervoso (SN) si intente una parte altamente complessa degli animali che coordina ogni sua azione e le informazioni sensoriali, trasmettendo segnali "da" e "verso" le varie parti del corpo.
Il sistema nervoso rileva i cambiamenti ambientali che possono avere un impatto sull'organismo, lavorando in coppia col sistema endocrino, per rispondere agli stessi.
Il tessuto nervoso è comparso per la prima volta in organismi simili a vermi circa 550-600 milioni di anni fa.
Questa "dottrina classica" è stata recentemente contestata in virtù delle ultime scoperte sull'uso dei segnali elettrici nelle piante.
In base a questi risultati, alcuni scienziati hanno proposto l'esistenza di un sistema nervoso vegetale e la creazione di un campo scientifico chiamato neurobiologia vegetale.
L'inflessibilità delle varie posizioni nel dibattito scientifico da entrambe le parti ha portato a ridefinire il concetto di sistema nervoso, utilizzando solo criteri fisiologici ed evitando criteri filogenetici.
I neuroni hanno strutture speciali che consentono loro di inviare segnali ad altre cellule in modo rapido e preciso. Questo avviene sotto forma di impulsi elettrochimici che viaggiano lungo sottili fibre chiamate assoni, i quali possono essere direttamente collegati alle cellule prossime attraverso le sinapsi elettriche, o causare il rilascio di sostanze chimiche chiamate neurotrasmettitori nelle sinapsi chimiche.
La cellula che riceve un segnale sinaptico da un neurone può essere eccitata, inibita o altrimenti modulata.
Le connessioni tra i neuroni possono formare percorsi neurali, circuiti neurali e grandi reti che generano la "percezione del mondo" da parte di un organismo, e ne determinano il comportamento.
Insieme ai neuroni, il sistema nervoso contiene altre cellule specializzate chiamate cellule gliali o nevroglia (o semplicemente glia), che forniscono supporto di tipo strutturale e metabolico.
La maggior parte degli animali pluricellulari è dotto di sistema nervoso, ma esso può variare notevolmente in complessità. Gli unici animali multicellulari che non hanno alcun sistema nervoso sono spugne, placozoi e mesozoi.
I sistemi nervosi di ctenofori e cnidari (che comprendono anemoni, idre, coralli e meduse) sono costituiti da un'unica rete nervosa diffusa. Tutte le altre specie animali, ad eccezione di alcuni tipi di vermi, hanno un sistema nervoso contenente un cervello, un cordone centrale (o due cordoni che corrono in parallelo) e nervi che si irradiano dal cervello e dal cordone centrale.
La dimensione del sistema nervoso varia da poche centinaia di cellule nei vermi più semplici, a circa 300 miliardi di cellule negli elefanti africani.
Il sistema nervoso centrale ha la funzione di inviare segnali da una cellula ad altre, o da una parte del corpo ad altre, e per ricevere feedback.
Difetti genetici, danni fisici dovuti a traumi o tossicità, infezioni o semplicemente senescenza, possono determinare un malfunzionamento del sistema nervoso.
La specialità medica che studia i disturbi del sistema nervoso, la prevenzione e la cura, è detta neurologia.
Nel sistema nervoso periferico, il problema più comune è l'insufficienza della conduzione nervosa, che può essere dovuta a diverse cause, tra cui ad esempio la neuropatia diabetica e i disturbi demielinizzanti, come la sclerosi multipla e la sclerosi laterale amiotrofica.
La neuroscienza invece, rappresenta il campo della scienza che si concentra sullo studio del sistema nervoso.
Nei prossimi paragrafi cercheremo di capire meglio, anche se in maniera semplice, com'è strutturato e come funziona il sistema nervoso.
In breve: tipi di cellule, conduzione nervosa e barriera emato-encefalica
Neuroni
I neuroni possono essere divisi in tre zone:
- Un corpo cellulare o soma;
- Dei prolungamenti detti dendriti;
- Un unico prolungamento detto neurite o assone.
I neuroni sono classificati in quattro tipi sulla base della loro forma:
- neuroni unipolari (possiedono un unico prolungamento e sono molto rari nei vertebrati);
- neuroni bipolari (presentano un singolo assone e un singolo dendrite. Si trovano nell'epitelio olfattivo della mucosa nasale);
- neuroni pseudounipolari (presentano un unico prolungamento che parte dal soma, dopo un breve tratto si biforca in due rami disposti a T, uno che entra nel SNC e l'altro che raggiunge la periferia);
- neuroni multipolari (dotati di più prolungamenti uno dei quali è l'assone e gli altri i dendriti).
Oppure anche sulla base della loro funzione:
- neuroni sensitivi (afferenti),sono specializzati nella ricezione di impulsi sensoriali sulla loro terminazione dendritica e a trasmetterli al SNC per la elaborazione;
- neuroni motori o motoneuroni (efferenti), si originano dal SNC e portano gli impulsi ai vari organi e cellule, muscolari, ghiandolari e altre cellule nervose.
- interneuroni: si trovano nel SNC e hanno la funzione di collegare e di integrare le cellule nervose sensitive e motorie per formare una rete di circuiti nervosi. Il loro numero è stato elevato dall'evoluzione del sistema nervoso.
Sinapsi e conduzione dell'impulso nervoso
Le sinapsi sono siti dove gli impulsi nervosi passano da una cellula presinaptica (neurone) ad un'altra cellula postsinaptica (un neurone, una cellula muscolare o ghiandolare).
Le sinapsi quindi permettono la comunicazione fra neuroni e fra questi e le cellule effettrici.
La trasmissione dell'impulso nervoso può avvenire o elettricamente o chimicamente.
Riconosciamo quindi due tipi di sinapsi:
- Sinapsi elettriche;
- Sinapsi chimiche.
Sinapsi elettriche
- Sono poco frequenti nei mammiferi, si incontrano nella retina e nella corteccia cerebrale;
- Sono realizzate tramite giunzioni comunicanti o nexus, che permettono libero flusso di ioni da una cellula all'altra;
- Quando si realizza fra neuroni si genera flusso di corrente;
- La trasmissione dell'impulso è più veloce nelle sinapsi elettriche.
Sinapsi chimiche
- Rappresentano il modo più frequente di comunicazione fra due cellule nervose;
- La membrana presinaptica libera uno o più neurotrasmettitori nelle fessure intersinaptiche, spazi fra la membrana presinaptica della prima cellula e la membrana postsinaptica della seconda cellula;
- Il neurotrasmettitore diffonde attraverso lo spazio intersinaptico e si lega ai recettori della membrana postsinaptica;
- Il legame sui recettori scatena l'apertura dei canali ionici che consentono il passaggio di ioni che modificano la permeabilità della membrana postsinaptica ed invertono il potenziale di membrana.
Quando lo stimolo sulla sinapsi porta la depolarizzazione dellamembrana postsinaptica ad un livello tale da provocare un potenziale d'azione, si parla di potenziale postsinaptico eccitatorio.
Quando al contrario uno stimolo della sinapsi porta ad un aumento della polarizzazione si crea un potenziale postsinaptico inibitorio.
Esistono inoltre diversi tipi di sinapsi chimiche:
- sinapsi assodendritiche (fra un assone e un dendrite);
- sinapsi assomatiche (fra un assone e un soma);
- sinapsi assoassoniche (fra due assoni);
- sinapsi dendrodendritiche (fra due dendriti).
Cellule di nevroglia
Le cellule della nevroglia non sono coinvolte nella conduzione nervosa.
Il numero delle cellule di nevroglia è 10 volte più alto rispetto a quello dei neuroni.
Esse conservano la capacità di dividersi per tutta la vita.
Si suddividono in:
- cellule localizzate nel SNC (astrociti, oligodendrociti che formano la macroglia, la microglia e le cellule ependimali);
- cellule localizzate nel SNP (cellule di Schwann).
Astrociti (SNC)
Si conoscono due tipi di astrociti:
- astrociti protoplasmatici, presentinella sostanza grigia del SNC;
- astrociti fibrosi, presenti nella sostanza bianca del SNC.
Oligodendrociti (SNC)
- Sono simili ai dendrociti, ma più piccoli e con meno prolungamenti;
- Sono presenti sia nella sostanza grigia che in quella bianca;
- Si distinguono due tipi:
- Oligodendrociti interfascicolari - presenti fra i fasci di assoni, responsabili della formazione e del mantenimento della guaina mielinica attorno agli assoni. Sono simili alle cellule di Schwann, ma mentre quest'ultime sono in grado di avvolgere un singolo assone, gli oligodendrociti avvolgono più assoni contemporaneamente;
- Oligodendrociti satelliti - sono strettamente adese al corpo cellulare dell'assone. La loro funzione non è nota.
Cellule ependimali (SNC)
- Derivano dal rivestimento interno del tubo neurale e formano un epitelio cubico o cilindrico ciliato alle volte, con la funzione di muovere il liquido cerebrospinale;
- Rivestono la cavità dei ventricoli cerebrali ed il canale del midollo spinale;
- Alcune di loro si modificano nei ventricoli partecipando alla formazione dei plessi coroidei, responsabili della formazione del liquido cerebrospinale.
La microglia (SNC)
- Il corpo cellulare è piccolo, di forma ellittica, il nucleo ha forma allungata con l'asse maggiore parallelo a quello del corpo cellulare. Si riconoscono poiché le altre cellule hanno nuclei tondi;
- Possiedono prolungamenti brevi ramificati. Alcune di loro hanno capacità fagocitaria e costituiscono il sistema fagocitario del tessuto nervoso.
Cellule di Schwann (SNP)
- Si avvolgono attorno agli assoni nel SNP, formando il rivestimento mielinico;
- Sono appiattite con nucleo piatto, pochi mitocondri e un piccolo apparato di Golgi;
- La mielina è costituita dal plasmalemma della cellula che si avvolge più volte attorno all'assone.
- Ad intervalli regolari la guaina si interrompe e queste regioni amieliniche si indicano come nodi di Ranvier;
- Il segmento di fibra compreso fra due nodi di Ranvier consecutivi si dice internodo o segmento internodale, esso è occupato da una sola cellula di Schwann.
Neuroni + nevroglia = fibre nervose
Le fibre nervose consistono di assoni neuronali avvolti da particolari guaine di origine ectodermica.
Si incontrano tuttavia alcune differenze nelle guaine che avvolgono gli assoni a seconda che le fibre facciano parte del SNC o del SNP.
Nel tessuto nervoso adulto, la maggior parte degli assoni è avvolta da pieghe singole o multiple di una cellula di rivestimento inguainante, rappresentata dalla cellula di Schwann nelle fibre del SNP e dall'oligodendrocito nelle fibre dl SNC.
Negli invertebrati e nei vertebrati minori, gli assoni possono rigeneraresi dopo una rottura traumatica. Nei mammiferi il fenomeno è meno comune ed è ristretto ai nervi periferici. Le cellule di Schwann sono le maggiori responsabili di questa rigenerazione.
La funzione metabolica e di supporto dei neuroni è svolta dalle cellule di nevroglia anche dette cellule gliali. Esse sono in grado di recuperare gli ioni e i prodotti del metabolismo dei neuroni, come il potassio, il glutammato e altro che si accumula attorno ai neuroni. Partecipano al metabolismo energetico dei neuroni liberando glucosio dai loro depositi di glicogeno.
Barriera emato-encefalica
Come anticipato, la barriera emato-encefalica è probabilmente costituita dalla stratificazione degli astrociti.
La barriera emato-encefalica è semipermeabile, si lascia attraversare da alcune sostanze, ma non da altre.
Normalmente, fra le cellule endoteliali esistono piccoli spazi che consentono a molte sostanze di muoversi facilmente attraverso la parete dei capillari stessi.
Le cellule gliali (astrociti) si dispongono a formare uno strato continuo intorno ai capillari cerebrali. Sembra, però, che gli astrociti non siano essenziali per costituire la barriera emato-encefalica, ma sarebbero importanti per il trasporto degli ioni dal cervello al sangue.
La barriera emato-encefalica ha le seguenti funzioni:
- Proteggere il cervello da "sostanze estranee" presenti nel sangue, che potrebbero danneggiarlo;
- Proteggere il cervello da ormoni e neurotrasmettitori liberati per agire in altre parti del corpo;
- Mantenere un ambiente costante per il cervello.
Proprietà generali della barriera emato-encefalica:
- Le grosse molecole non passano attraverso la barriera;
- Le molecole scarsamente solubili nei lipidi non penetrano nel cervello. Le molecole solubili nei lipidi (come i barbiturici e l'alcool) attraversano, invece, molto bene la barriera;
- Le molecole con elevata carica elettrica sono rallentate.
La barriera emato-encefalica può essere annullata o ridotta dalle seguenti cause:
Sistema nervoso: centrale e periferico
Nei vertebrati, il sistema nervoso è costituito da due parti principali:
- il sistema nervoso centrale (SNC);
- il sistema nervoso periferico (SNP).
Il SNC è costituito dal cervello e dal midollo spinale; il sistema SNP è costituito principalmente dai nervi.
Sistema nervoso centrale: cervello e midollo spinale
Nell'uomo adulto, il cervello pesa mediamente da 1,3 a 1,4 kg e contiene circa 100 bilioni* di cellule nervose (neuroni) e trilioni** di "cellule di supporto", chiamate glia (un bilione equivale a 1.000.000.000.000, o 1012; ** un trilione equivale a 1.000.000.000.000.000.000 o 1018).
Il midollo spinale è lungo circa 43 cm nella donna adulta e 45 cm nell'uomo adulto e pesa circa 35-40 g. La colonna vertebrale, la serie di ossa (della schiena) che ospita il midollo spinale, è lunga circa 70 cm, così che il midollo spinale è molto più corto della colonna vertebrale.
Il cervello è composto da sostanza grigia e da sostanza bianca. Il suo interno è formato principalmente da una sostanza bianca, avvolta esternamente da uno strato di sostanza grigia, la corteccia cerebrale.
- La sostanza bianca è costituita da fibre mieliniche, oligodendrociti, astrociti fibrosi e cellule di microglia. Il colore bianco è dato dalla mielina;
- La sostanza grigia contiene il soma (corpo cellulare), fibre amieliniche e mieliniche, astrociti protoplasmatici, oligodendrociti e cellule di microglia.
Nelle sezioni trasverse di midollo spinale la sostanza bianca è localizzata all'esterno e la sostanza grigia all'interno, ove assume una forma ad "H".
Nel tratto centrale dell'H si trova una cavità, il canale centrale, che costituisce unb residuo del tubo neurale tappezzato di cellule ependimali. Il tubo neurale è una struttura presente negli embrioni dei Cordati, da cui si origina il sistema nervoso centrale. Di forma cilindrica e munito di cavità centrale, il tubo neurale deriva da una regione ispessita dell'ectoderma, la piastra neurale, attraverso un processo detto neurulazione.
La sostanza grigia forma le corna anteriori dell'H contenente neuroni motori dai quali si originano le radici ventrali dei nervi spinali. Anche le corna dorsali dell'Hsono di sostanza grigia che ricevono fibre sensitive dai neuroni dei gangli spinali.
- il corno anteriore è formato da neuroni responsabili delle funzioni motorie (motoneuroni α e motoneuroni γ);
- il corno posteriore è dato da neuroni adibiti alla funzione sensitiva soprattutto tattile e dolorifica.
Sistema nervoso periferico: nervi
I nervi sono fasci di lunghe fibre (o assoni) che collegano il SNC ad ogni altra parte del corpo.
I nervi che trasmettono i segnali dal cervello sono chiamati nervi motori o nervi efferenti, mentre quei nervi che trasmettono informazioni dal corpo al SNC sono chiamati nervi sensoriali o afferenti.
I nervi spinali sono misti, perché assolvono entrambe le funzioni.
Il SNP è diviso in due o tre sottosistemi separatim, a seconda della classificazione:
- somatico (che media i movimenti volontari);
- autonomo o vegetativo (agisce involontariamente sia su alcuni organi e ghiandole, sia si alcuni muscoli);
- enterico (controlla esclusivamente il sistema gastrointestinale) - che alcuni fanno rientrare sotto l'autonomo.
Il SN somatico è costituito da fibre nervose periferiche, che inviano informazioni sensitive al SNC, e fibre nervose motorie, che si portano ai muscoli scheletrici.
Il SN autonomo è ulteriormente suddiviso in simpatico (toracico-lombare), che si attiva in caso di "emergenza" per mobilitare energia, e parasimpoatico (craniosacrale), che si attiva quando l'organismo è in uno stato di rilassamento parasimpatico.
I nervi che escono dal cranio sono chiamati nervi cranici, mentre quelli che escono dal midollo spinale con i gangli sono chiamati nervi spinali.
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).
Il neurone post-gangliare proietta quindi al "bersaglio": un muscolo (liscio o cardiaco) o una ghiandola.
Nel sistema simpatico le fibre pregangliari sono brevi, mentre le postgangliari sono lunghe.
E' chiamato sistema autonomo cranio-sacrale, poiché fa capo ai nuclei viscero-motori dei nervi encefalici e alle colonne viscero effettrici sacrali.
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.
In questo sistema i rami pregangliari sono lunghi e raggiungono i gangli di poco esterni o interni all'organo da innervare (per questo le fibre postgangliari sono molto corte).
Una costrizione coronaria determina un minore apporto di sangue al cuore.
Sistema nervoso enterico
Il sistema nervoso enterico è un intrigo di fibre nervose che innerva i visceri (tratto gastrointestinale, pancreas, cistifellea). Nei vari organi, questo agisce tramite i plessi (plesso mioenterico e plesso sottomucoso).
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