Figura Riassunto del sistema nervoso. SNC Encefalo e midollo spinale. Efferenze motorie. Afferenze sensitive SNP PARTE EFFERENTE

Transcript

1

2 SNC Encefalo e midollo spinale Afferenze sensitive Efferenze motorie SNP PARTE AFFERENTE PARTE EFFERENTE Sistema nervoso autonomo Sistema nervoso somatico Recettori Effettori Altri organi e apparati Muscolo liscio Muscolo cardiaco Ghiandole Muscolo scheletrico Figura Riassunto del sistema nervoso.

3 Dendriti Soma Assone Terminazioni sinaptiche Stimolati da alterazioni ambientali o da attività di altre cellule. Contiene il nucleo e la maggior parte dell apparato energetico (mitocondri, ribosomi, ecc.) Conduce l impulso nervoso (potenziale d azione) a distanza dal soma. Interagisce con un altro neurone o organo effettore (muscolo, ghiandola, ecc.) Figura Riassunto della struttura neuronale.

4 (a) Neurone anassonico (c) Neurone bipolare (b) Neurone unipolare (d) Neurone multipolare Figura Classificazione anatomica dei neuroni.

5 Dendriti Assoni Rami collaterali Neurone Telodendria Muscolo scheletrico Glia Rami collaterali Sinapsi Giunzione neuro-muscolare (a) Apparato del Golgi Giunzioni neuroeffettrici Cono di emergenza Giunzioni neuro-ghiandolari Nucleo Membrana nucleare Nucleolo Sostanza di Nissl Segmento iniziale Neurotubuli Cellule ghiandolari Neurofilamenti Mitocondri (b) Figura Anatomia del neurone multipolare. (a) Distribuzione dell assone che mostra i collaterali e tre possibili tipi di terminazioni sinaptiche. (In realtà, un singolo assone non potrebbe innervarli tutti e tre). (b) Organizzazione dettagliata del soma di un tipico neurone multipolare.

6 Astrocita Neuroni Oligodendrocita Capillare Microglia (a) Sostanza grigia Assoni mielinici Astrocita Capillare Mielina (sezione) Assone Nodo Assolemma Oligodendrocita Parte internodale Assoni amielinici (b) Sostanza bianca Figura Istologia del SNC. (a) Visione tridimensionale della sostanza grigia che evidenzia le relazioni fra elementi gliali e corpi cellulari. (b) Visione analoga della sostanza bianca che evidenzia le relazioni fra cellule gliali e assoni.

7 Sostanza grigia Posteriore Sostanza bianca Canale centrale Cellula ependimale Anteriore Canale centrale Figura Ependima. Fotografia a basso ingrandimento che evidenzia lo strato ependimale che circonda il canale centrale del midollo spinale (x267). Il disegno dell organizzazione ependimale è basato su informazioni ottenute mediante microscopia elettronica. Neurone Nucleo Tessuto connettivo Cellule satelliti Figura Cellule satelliti e neuroni periferici. Le cellule satelliti circondano i corpi cellulari dei neuroni nei gangli periferici (x109). I corpi cellulari sono rotondi in sezione trasversale perché sono neuroni unipolari (vedi Fig. 12.3).

8 Placca neurale Notocorda Placca neurale Alla seconda settimana di sviluppo i somiti stanno comparendo da entrambi i lati della notocorda. L'ectoderma vicino alla linea mediana si ispessisce, formando una placca neurale elevata. La placca neurale è larga quasi quanto la testa futura dell'embrione che si sta sviluppando. 19 GIORNI Somiti Placca neurale Solco neurale Il centro della placca forma un incavo, determinando la creazione del solco neurale. I margini, o pieghe neurali, gradualmente si spostano l'uno verso l'altro. Essi prendono contatto insieme lungo l'asse della placca neurale, intorno all'inizio della terza settimana. Tubo neurale Quando le pieghe neurali vengono a contatto, si fondono a formare il tubo neurale che perde la sua connessione con la superficie ectodermica. Il processo di formazione del tubo neurale viene chiamato neurulazione: esso si completa in meno di una settimana.la formazione dello scheletro assile e quello della muscolatura attorno al tubo neurale in sviluppo sono stati descritti nei capitoli precedenti. 21 GIORNI Neurocele Cresta neurale Testa Le cellule alle estremità delle pieghe neurali non prendono parte alla formazione del tubo neurale. Queste cellule della cresta neurale in un primo momento rimangono tra la superficie dorsale del tubo neurale e l'ectoderma, ma in seguito migrano in altri siti. Cellula di Schwann 23 GIORNI Somiti Cresta neurale Strato ependimale Strato mantellare Strato marginale Cellule ependimali Neuroni sensoriali Motoneuroni autonomi Neuroni del SNC Astrociti e oligodendrociti Le prime cellule che compaiono sul mantello si differenziano in neuroni, mentre le ultime cellule che arrivano diventano astrociti e oligodendrociti. Ulteriori dati sullo sviluppo del SNC e del SNP potrà essere trovato nei Compendi di Embriologia. Il tubo neurale aumenta di spessore non appena i suoi elementi epiteliali vanno incontro a ripetute mitosi. Alla metà della quinta settimana di sviluppo, vi sono tre strati diversi. La membrana ependimale circoscrive la cavità chiusa, o neurocele. Le cellule ependimali continuano le loro attività mitotiche e le cellule figlie creano lo strato a mantello circostante. Gli assoni nei neuroni in sviluppo formano uno strato marginale superficiale. Compendio di Embriologia: Introduzione allo sviluppo del sistema nervoso

9 Cellula di Schwann Nucleo Assoni (a) Neurilemma Cellula di Schwann Nucleo Assone Assone (b) Mielina Figura Cellule di Schwann e assoni periferici. (a) Una singola cellula di Schwann può circondare molti assoni amielinici. Al contrario di quanto avviene nel SNC (Fig. 12.5b), ogni assone nel SNP è circondato da una guaina neurilemmale completa. (b) Una singola cellula di Schwann forma la guaina mielinica intorno a parte di un singolo assone. La mielina all interno del SNC si forma invece in maniera diversa, paragona con la Fig. 12.5b (x 6638).

10 70 MV Canali sodio regolati al voltaggio Canali sodio regolati chimicamente Canali potassio regolati dal voltaggio Soglia + 30 Soglia 0 Applicazione stimolo 65 MV APPLICAZIONE STIMOLO RIMOZIONE STIMOLO Potenziale transmembrana Rimozione stimolo Soglia 60 Soglia 70 Figura Potenziali graduali. Una membrana eccitabile è diversa dalle altre membrane perché contiene molti canali sodio regolati dal voltaggio e pochi canali potassio regolati dal voltaggio. Al normale potenziale di riposo molti canali sono chiusi e la pompa sodio-potassio controbilancia l entrata del sodio e l uscita del potassio attraverso canali di membrana passivi (non disegnati). Quando una sostanza chimica viene applicata al soma del neurone, i canali al sodio regolati chimicamente si aprono e producono una depolarizzazione graduale. Quando lo stimolo cessa, i canali si chiudono e viene ripristinato il normale potenziale di riposo.

11 Legame chimico APPLICAZIONE STIMOLO CHIMICO Sodio +30 Potenziale transmembrana Soglia 70 1 Tappa ATTIVAZIONE CANALE SODIO Potassio Tappa INATTIVAZIONE CANALE SODIO Tappa 4 Tappa ATTIVAZIONE CANALE POTASSIO RITORNO ALLA PERMEABILITÀ NORMALE Figura Diffusione del potenziale d azione. Se una depolarizzazione graduale porta il potenziale di membrana al valore soglia, i canali sodio regolati dal voltaggio si aprono (1ª tappa). Il potenziale d azione inizia quando gli ioni sodio penetrano nella cellula e portano il potenziale transmembrana da -70mV a +30mV. A questo punto i canali sodio si chiudono ancora (2ª tappa) e si aprono quelli potassio (3ª tappa) permettendo la fuoriuscita di ioni potassio che ripristina il potenziale transmembrana di riposo. Quando si arriva al potenziale di riposo, prima i canali sodio e poi quelli potassio ritornano al loro stato normale (4ª tappa). Da notare che i canali passivi al sodio e al potassio interessati nel normale potenziale di riposo non sono stati disegnati.

12 Apertura canali sodio regolati dal voltaggio Chiusura canali sodio Stimolo Apertura canali potassio regolati dal voltaggio Fase iniziale di chiusura dei canali potassio +30 mv 0 Deporalizzazione Ripolarizzazione Sodio e potassio canali normali Potenziale transmembrana (mv) -60 mv -70 mv Potenziale a riposo Periodo refrattario Permeabilità al sodio Permeabilità di membrana Permeabilità al potassio Permeabilità al potassio a riposo Permeabilità al sodio a riposo Tempo (msec) Figura Alterazioni della permeabilità e del potenziale transmembrana durante il potenziale d azione. Uno stimolo depolarizzante di sufficiente intensità porterà alla soglia e scatenerà il potenziale d azione. Il grafico superiore indica le alterazioni del potenziale transmembrana e gli eventi inerenti ad esso. Il grafico inferiore mostra in dettaglio le alterazioni della permeabilità della membrana che sono provocate dall apertura e chiusura dei canali regolati dal potenziale.

13 Lo stimolo depolarizza la membrana fino alla soglia Potassio (K + ) Potassio (K + ) Sodio (Na + ) Lo stimolo depolarizza la membrana fino alla soglia Mielina Sodio (Na + ) Corrente locale Corrente locale Corrente locale Corrente locale Corrente locale Corrente locale Figura Conduzione del potenziale d azione negli assoni mielinici e amielinici. (a) Conduzione continua lungo l assone amielinico. (b) Conduzione saltatoria lungo l assone mielinico.

14 Neurone presinaptico Direzione della conduzione del potenziale d azione Neurone postsinaptico Neurofilamenti e neurotubuli Mitocondri Reticolo endoplasmatico Vescicole sinaptiche Membrana pre-sinaptica Spazio intersinaptico Membrana post-sinaptica Figura Struttura di una sinapsi colinergica.

15 Figura Funzione di una sinapsi colinergica. Spazio intersinaptico NEURONE POSTSINAPTICO Reticolo endoplasmatico NEURONE PRESINAPTICO Mitocondri Potenziale d azione Neurotrasmettitore Membrana presinaptica Vescicole sinaptiche Recettori Un sottile spazio intersinaptico separa le membrane pre e postsinaptica in una sinapsi colinergica. La parte presinaptica contiene miliardi di molecole del neurotrasmettitore acetilcolina in parte disciolta nel citoplasma e in parte contenuta nelle vescicole sinaptiche. 1ª TAPPA: Arrivo del potenziale d azione nella parte presinaptica che depolarizza la membrana presinaptica e aumenta brevemente la permeabilità della membrana agli ioni Ca 2+. Gli ioni Ca 2+ diffondono nel citoplasma della parte presinaptica. Acetilcolinesterasi Potenziale d azione 2ª TAPPA: Gli ioni calcio attivano il rilascio di acetilcolina (ACh) nello spazio intersinaptico mediante un meccanismo di esocitosi e diffusione. Le molecole di ACh diffondono nello spazio intersinaptico verso i recettori siti sulla membrana postsinaptica. 3ª TAPPA: L ACh si lega ai recettori postsinaptici che sono regolati da canali chimici. La risposta tipica è data da un aumentata permeabilità agli ioni sodio che provoca una depolarizzazione di circa 20 msec. Il rilascio di ACh dalla membrana presinaptica cessa quando gli ioni calcio vengono rimossi dal citoplasma. 4ª TAPPA: Gli effetti sulla membrana postsinaptica sono temporanei perché l enzima acetilcolinesterasi scinde l ACh nello spazio intersinaptico e la rimuove dalla membrana postsinaptica. I prodotti di demolizione vengono allontanati dallo spazio intersinaptico mediante assorbimento da parte della membrana presinaptica.

16 Mitocondri Acetil-CoA Acetilcolina Vescicola sinaptica Porzione presinaptica Colina Acetato Acetilcolinesterasi Spazio intersinaptico MEMBRANA POSTSINAPTICA Figura Rilascio di ACh e riciclo di una sinapsi colinergica. ACh nella porzione presinaptica viene immagazzinata nel citoplasma e nelle vescicole sinaptiche. Dopo il rilascio nello spazio intersinaptico, ACh viene scissa mediante idrolisi in acetato e colina dall enzima acetilcolinesterasi. La colina viene riassorbita dalla membrana presinaptica e utilizzata per sintetizzare ACh.

17 Noradrenalina NE Vescicola sinaptica PORZIONE PRESINAPTICA NE Recettore Primo messaggero NE Cancello chiuso Cancello aperto Na Inattivo Attivo Enzima attivo Adenil ciclasi ATP Depolarizzazione di membrana camp Enzima inattivo (a) Scissione ad opera di MAO NE Riassorbimento NE Diffusione lontano dallo spazio NE NE Scissione ad opera di COMT Cancello aperto Cancello chiuso Inattivo Adenil ciclasi Attivo camp Enzima attivo Ripolarizzazione della membrana Fosfodiesterasi Enzima inattivo (b) Figura Meccanismo d azione di una sinapsi adrenergica. (a) La noradrenalina rilasciata dalla membrana presinaptica si lega ad un recettore sito sulla membrana postsinaptica. Il legame attiva l enzima adenil-ciclasi che induce la produzione di c-amp. Il c-amp attiva gli enzimi che aprono i canali ionici e provoca depolarizzazione della membrana postsinaptica. (b) Il c-amp è inattivato dalla fosfodiesterasi e anche gli enzimi citoplasmatici vengono inattivati. La noradrenalina si allontana e può essere scissa da COMT o riassorbita dalla membrana presinaptica. Parte della noradrenalina riassorbita viene scissa dalle MAO ma la maggior parte viene riutilizzata.

18 Blocco dei canali di membrana (TTX, STX) Depressione della sensibilità di membrana (anestetici liposolubili) Depolarizzazione del cono di emergenza (caffeina, teobromina) Demielinizzazione (arsenico, piombo) Blocco del rilascio del neurotrasmettitore (tossina botulinica) Aumento del rilascio del neurotrasmettitore (veleno di serpenti) Blocco della inattivazione del neurotrasmettitore (farmaci anticolinesterasici) Stimolo dei recettori (nicotina) Impedisce il legame del neurotrasmettitore (nicotina) Figura Meccanismo d azione dei farmaci a livello di una sinapsi colinergica. I fattori che facilitano la fisiologia del nervo e che rendono i neuroni più eccitabili sono evidenziati in rosso. I fattori che inibiscono o deprimono la funzionalità neuronale sono evidenziati in blu.

19 Dendrite Porzione presinaptica Dendrite Assone Processi delle cellule gliali Guaina mielinica (a) Localizzazione dello stimolo depolarizzante Cono di emergenza assonale Membrana eccitabile Direzione della depolarizzazione (b) Figura Effetti sinaptici sul potenziale transmembrana del soma. (a) Un singolo motoneurone riceve contemporaneamente impulsi da migliaia di sinapsi. Il soma è virtualmente coperto da giunzioni sinaptiche. (b) Quando una singola sinapsi si attiva, l arrivo delle molecole di neurotrasmettitore porta a graduali alterazioni del potenziale di membrana in quella sede.

20 Potenziale transmembrana (mv) Primo stimolo Secondo stimolo Inizia il potenziale d azione 60 mv soglia 70 mv a riposo Canali regolati chimicamente Si chiudono canali a cancello Alcuni canali regolati chimicamente si aprono Molti canali regolati chimicamente si aprono Canali regolati dal voltaggio (a) (b) Figura Sommazione spaziale e temporale. (a) La sommazione temporale avviene su di una membrana che riceve due stimoli depolarizzanti in tempi diversi. L effetto del secondo stimolo si aggiunge a quello del primo. (b) La sommazione spaziale si ha quando gli stimoli arrivano contemporaneamente ma in sedi diversi. L effetto di ogni stimolo si diffonde sulla membrana che risente dell effetto combinato.

21 60 mv (soglia) Potenziale Transmembrana 70 mv potenziale a rischio Stimolo iperpolarizzante Potenziale a riposo Sospensione stimolo Potenziale a riposo Stimolo iperpolarizzante Stimolo depolarizzante Sospensione stimolo Stimolo depolarizzante Sospensione stimoli Tempo Figura Interazioni EPSP-IPSP. Al tempo 1 una piccola depolarizzazione produce un EPSP. Al tempo 2 un piccolo stimolo iperpolarizzante produce un IPSP di ampiezza analoga. Se i due stimoli vengono applicati contemporaneamente, come al tempo 3, avviene il fenomeno della sommazione. Dato che i due stimoli sono di ampiezza analoga, il potenziale di membrana resta al valore di riposo. Se l EPSP fosse stato più intenso, avrebbe provocato una netta depolarizzazione; se al contrario l IPSP fosse stato più intenso, si sarebbe osservata una chiara iperpolarizzazione.

22 Sede della lesione Moncone prossimale Moncone distale 1ª tappa: Nel moncone distale si osserva frammentazione dell assone e della mielina Assone Mielina Cellula di Schwann Macrofagi 2ª tappa: Le cellule di Schwann formano dei cordoni che penetrano nella lesione e uniscono i monconi. I macrofagi fagocitano assoni e mielina degenerati. 3ª tappa: L assone emette prolungamenti nella rete di cellule di Schwann e inizia a crescere lungo i cordoni di cellule di Schwann. 4ª tappa: L assone continua a crescere nel moncone distale e viene circondato da cellule di Schwann. Figura Rigenerazione del nervo dopo lesione.

23 SISTEMA NERVOSO PERIFERICO SISTEMA NERVOSO CENTRALE Enterocettori Fibre afferenti Propriocettori Interocettori Ganglio (sensitivo) periferico Fibre afferenti Muscolatura scheletrica Muscolatura liscia Neuroni motori somatici Fibra efferente postgangliare Ganglio (motore) periferico autonomo Fibra efferente pregangliare SNA Neuroni motori viscerali Figura Classificazione funzionale dei neuroni.

24 ZONA DI FACILITAZIONE Il potenziale d azione nell assone A facilita questi neuroni ZONA DI SCARICA Il potenziale d azione dell assone A provoca potenziale d azione in questi neuroni (a) Divergenza (b) Convergenza (c) Processazione in serie (d) Processione parallela (e) Riverbero Figura Organizzazione neuronale. (a) Divergenza, meccanismo per amplificare lo stimolo a più neuroni o a pools di neuroni nel SNC. (b) Convergenza, meccanismo che fornisce input ad un singolo neurone da più neuroni. (c) Processazione seriale, nella quale neuroni o pools di neuroni lavorano in modo sequenziale. (d) Processazione parallela, nella quale neuroni o pools di neuroni analizzano informazioni in maniera simultanea. (e) Riverbero, meccanismo a feedback che può essere eccitatorio o inibitorio.

25 SISTEMA NERVOSO CENTRALE SISTEMA NERVOSO PERIFERICO SOSTANZA GRIGIA Gangli Insieme di corpi cellulari nel SNP SOSTANZA BIANCA Fasci di assoni nel SNP Nervi Corteccia Sostanza grigia alla superficie dell encefalo Nuclei Raggruppamento di corpi cellulari all interno del SNC Centri Insiemi di corpi cellulari nel SNC; ciascun centro ha funzioni di elaborazione specifiche Centri superiori Centri nell encefalo Colonne Insieme di tratti che formano una massa anatomica distinta Tratti Fasci di assoni del SNC che hanno origine e destinazione comuni SOSTANZA GRIGIA SOSTANZA BIANCA RECETTORI EFFETTORI VIE: Centri e tratti che collegano l encefalo col resto dell organismo Via ascendente (sensitiva) Via discendente (motoria) Figura Organizzazione anatomica del sistema nervoso.

26 Controlla la contrazione dei muscoli erettori del peso, la secrezione delle ghiandole sudoriparie. Fornisce la sensazione di tatto, pressione, dolore, vibrazione e temperatura; i capelli e i peli forniscono protezione e isolamento per cranio e cervello; protegge i nervi periferici. APPARATO MUSCOLARE Controlla le contrazioni del muscolo scheletrico. Coordina l attività respiratoria e cardiovascolare. I muscoli della faccia esprimono lo stato emozionale, la muscolatura laringea intrinseca permette la comunicazione, il fuso neuromuscolare fornisce le sensazioni propriocettive. APPARATO CARDIOVASCOLARE Modifica frequenza cardiaca e pressione arteriosa. Fornisce ossigeno, sostanze nutritizie e ormoni e rimuove sostanze di rifiuto. APPARATO SCHELETRICO Controlla le contrazioni del muscolo scheletrico che promuovono l ispessimento dell osso e determinano la posizione dell osso. Fornisce calcio per le funzioni nervose e protegge cervello e midollo spinale. APPARATO ENDOCRINO Controlla l ipofisi e molte altre ghiandole endocrine; produce ADH e ossitocina. Molti ormoni agiscono sul metabolismo del SNC. Gli ormoni sessuali influenzano lo sviluppo del SNC e il comportamento. SISTEMA LINFATICO Difende dalle infezioni ed interviene nella riparazione dei tessuti. SISTEMA RESPIRATORIO Controlla frequenza e profondità del respiro. Fornisce ossigeno ed elimina anidride carbonica. APPARATO DIGESTIVO PER TUTTI GLI APPARATI Controlla pressione, dolore e temperatura; è in grado di variare il tipo di flusso a livello dei tessuti APPARATO URINARIO Controlla la pressione ematica nel rene e la produzione di urina. Regola il tratto gastroenterico (motilità e secrezione). Fornisce sostanze nutritizie per la produzione di energia e la sintesi di neurotrasmettitori. Elimina sostanze metaboliche di rifiuto, interviene nell equilibrio idrico e nella regolazione del ph e delle concentrazioni ioniche. APPARATO GENITALE Controlla il comportamento e la funzione sessuale. Gli ormoni sessuali intervengono nello sviluppo del SNC e agiscono sul comportamento. Figura Relazioni funzionali fra il sistema nervoso ed altri organi.