Corso di Laurea in Scienze Infermieristiche. Fisiologia del Sistema Nervoso

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1 Corso di Laurea in Scienze Infermieristiche Fisiologia del Sistema Nervoso Dott.ssa Mariateresa Cacciola

2 Organizzazione del Sistema Nervoso SISTEMA NERVOSO CENTRALE, comprendente il cervello ed il midollo spinale SISTEMA NERVOSO PERIFERICO, comprendente tutto l'insieme di nervi che trasportano gli impulsi da e verso il SNC (interessa la vita di relazione ed è soggetto o filtrato dalla volontà e dalla coscienza) SISTEMA NERVOSO VEGETATIVO, con strutture parallele al midollo spinale che trasmettono impulsi relativi alla stimolazione o all'inibizione di determinate attività (governa il funzionamento automatico dell organismo)

3 Centrale Sistema Nervoso Centrale Periferico

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5 Ilsistema nervoso centrale è formato da 7 parti principali: 1)Midollo spinale: riceve informazioni sensoriali dagli arti e dagli organi interni e controlla i motoneuroni 2)Medulla (Midollo Allungato) 3)Pons (Ponte) 4)Cervelletto 5)Midbrain (Mesencefalo) 6)Diencefalo 7)Emisferi cerebrali ricoperti dalla corteccia cerebrale contengono i nuclei della base, l ippocampo e l amygdala

6 Le cellule del sistema nervoso L enorme variabilità e complessità dei comportamenti dipende dal numero elevato di neuroni (circa 100 miliardi) e dalla complessità delle interconnessioni (i singoli componenti sono poco diversi fra loro) Alcune domande: 1) Che linguaggio viene usato nella comunicazione? 2) Come sono interconnessi i neuroni? 3) Che relazione c e fra schemi di interconnessione e comportamento? 4) Come si modifica il comportamento con l esperienza? Il tessuto nervoso è composto da due classi di cellule: le cellule nervose (neuroni) e le cellule gliali

7 soma terminali pre-sinaptici assone guaina mielinica dendriti Il Neurone Nel neurone si possono identificare 4 aree morfologiche: il nucleo (o soma), i dendriti, l assone e i terminali pre-sinaptici. I dendriti rappresentano gli ingressi del neurone mentre l assone è l uscita. I segnali elettrici trasmessi lungo l assone (potenziali d azione o spikes) sono impulsivi con un ampiezza di circa 100 mv e con una durata di circa 1 ms. Il segnale si propaga ad una velocità che varia da 1 a 100 m/s. L alta velocità di conduzione è ottenuta per mezzo della guaina mielinica

8 SINAPSI cellula presinaptica Il tipo di informazione trasmessa non è codificata dalla forma del segnale ma dal percorso seguito nel cervello. cellula postsinaptica synaptic cleft Vicino alle terminazioni l assone si ramifica ed entra in contatto con altri neuroni. Il punto di contatto è chiamato sinapsi. La cellula che invia il segnale è chiamata cellula presinaptica, quella che riceve è chiamata cellula postsinaptica. I terminali presinaptici sono degli ingrossamenti dell assone che non sono anatomicamente collegati alla cellula postsinaptica. Questa separazione è chiamata synaptic cleft. I neuroni si differenziano quasi esclusivamente per la loro forma (vale a dire il numero e la forma dei terminali)

9 Potenziale di membrana a riposo Un concetto base : la differenza di Potenziale (ddp) Il Neurone è Polarizzato cioè vi è una distribuzione ineguale di Ioni (atomi con carica positiva o negativa ) tra l interno e l esterno della Cellula Questa differenza (potenziale) misura 70 millivolts (mv) ed è espressa con segno negativo perché la maggiore concentrazione di ioni negativi è all interno Quindi a riposo la ddp è di -70mV interno esterno

10 Il ruolo del Sodio (Na+) e del Potassio (k+) Sui due lati della membrana : il K è più concentrato all interno ed il Na è più concentrato all esterno Questo avviene grazie ad una pompa che scambia facendo uscire il Na ed entrare il K Questa attività richiede energia (ATP) Il passaggio avviene attraverso dei cancelli o porte che, a riposo, sono chiusi Questa attività fa sì che all interno si accumulino solo Ioni K ed all esterno Ioni K ed Ioni Na Questa differenza di concentrazione crea la differenza di potenziale

11 Il Potenziale d Azione Quando la Membrana viene eccitata, i cancelli si aprono ed il Na diffonde all interno modificando la differenza : adesso avremo più cariche positive all interno che all esterno Questo rapido cambiamento di Potenziale viene definito Potenziale d azione (si va da -70mV a +30 mv in pochi millisecondi) I cancelli si chiudono subito al Na e ricomincia l attività delle Pompe che ristabiliscono il Potenziale di Riposo

12 La conduzione dell impulso Quando si crea un potenziale d Azione, solo una piccola zona si depolarizza La zona adiacente, per una frazione di secondo, presenta una polarità diversa Tra le due zone si crea un flusso di elettroni che depolarizza la zona adiacente Così, il Potenziale d azione si trasmette per continuità lungo l assone creando l impulso nervoso

13 Il principio di funzionamento del neurone Iperpolarizzazione: aumento della polarizzazione (e.g. -90mV) Depolarizzazione: diminuzione della polarizzazione (e.g. -50mV) Se, in conseguenza di ciò che avviene sulle sinapsi, il neurone si depolarizza a valori maggiori di circa -50mV, viene generato un potenziale d azione. I potenziali d azione (o spikes o impulsi nervosi) hanno la stessa forma e ampiezza. Il segnale viene codificato nella frequenza di scarica.

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15 Velocità di conduzione: Gli impulsi di solito viaggiano lungo i neuroni a una velocità da 1 a 120 metri al secondo. La velocità di conduzione può essere influenzato da: Il diametro di una fibra Temperatura La presenza o assenza di mielina La mielina è costituita da particolari cellule ( dette di Schwann) che si avvolgono a manicotto attorno agli assoni I neuroni con mielina conducono gli impulsi molto più rapidamente di quelli senza mielina.

16 Ruolo della mielina Cellule di Schwann si trovano a intervalli regolari lungo il processo (assoni e, per alcuni neuroni, dendriti) Tra i settori di mielina ci sono piccole aree non mielinizzate chiamate: nodi di Ranvier. Il grasso (mielina), funge da isolante, e la membrana assonale rivestita con mielina non condurre un impulso. Così, in un neurone mielinizzato, il Potenziale d Azione può verificarsi solo lungo i nodi e, di conseguenza, gli impulsi 'saltano' oltre le aree di mielina ( andando da nodo a nodo in un processo chiamato saltatory conduction

17 Tipi di Neuroni I tre principali tipi di neuroni sono: Neuroni Multipolari sono così denominati perché hanno molti (multi) processi, che si estendono dal corpo della cellula: molti dendriti ed un unico assone. Funzionalmente, questi neuroni sono sia motori (conducono degli impulsi che farà in modo che l'attività come ad es. la contrazione dei muscoli) o di associazione ( conducano gli impulsi che permettono la 'comunicazione' tra i neuroni all'interno del sistema nervoso centrale). Neuroni Unipolari, ma hanno un solo processo che parte dal corpo. Unico ma molto breve che si divide subito in più processi (un dendrite più un assone). Sono unipolari i neuroni sensoriali Neuroni bipolari hanno solo due processi - uno assone & un dendrite. Questi sono anche i neuroni sensoriali. Per esempio, bipolari sono i neuroni che si possono trovare nella retina dell'occhio.

18 Le cellule della glia Le cellule gliali sono molto più numerose dei neuroni (da 10 a 50 volte) e non hanno una funzione direttamente collegata all elaborazione e alla trasmissione. Hanno le seguenti funzioni: 1) strutturale (elementi di supporto e di separazione fra gruppi di neuroni) 2) producono la mielina 3) eliminiamo gli scarti 4) mantengono la concentrazione degli ioni potassio e producono e rimuovono neurotrasmettitori. 5) durante lo sviluppo guidano la crescita neuronale

19 La GLIA Anche se le cellule gliali NON portano impulsi nervosi (potenziali di azione), esse hanno molte funzioni importanti. In realtà, senza glia, i neuroni non funzionerebbero correttamente! Funzioni e tipi di Glia Astrocyte (Astroglia): Cellule a forma di stelle che forniscono il supporto fisico e nutrizionale per i neuroni: 1) Ripuliscono il cervello dai "detriti"; 2) Trasportano sostanze nutritive ai neuroni; 3) Sostengono i neuroni; 4) Digeriscono parti di neuroni morti; 5) Disciplinano il contenuto dello spazio extracellulare

20 Microglia: Come gli astrociti, la microglia digerisce parti di neuroni morti. Oligodendroglia: Fornisce l'isolamento (mielina) di neuroni nel sistema nervoso centrale. Cellule Satellite : supporto fisico per i neuroni nel sistema nervoso periferico. Schwann Cells: Fornire l'isolamento (mielina) di neuroni nel sistema nervoso periferico.

21 Organizzazione delle cellule del Tessuto Nervoso Microglia Neurone Astrociti Oligodendroglia

22 SINAPSI Le Sinapsi si realizzano tra la parte terminale di un assone pre-sinaptico & un dendrite o il corpo di un neurone postsinaptico. La parte terminale dell assone appare 'gonfio' e pieno di Vescicole (sinaptiche) che contengono sostanze chimiche e mitocondri (che forniscono ATP per produrre più neurotrasmettitore). Tra la fine del bulbo ed il dendrite (o corpo cellulare)del neurone post-sinaptico, vi è un divario comunemente denominato fessura sinaptica. Quindi, le membrane pre-e post-sinaptiche in realtà non entrano in contatto. Ciò significa che l'impulso non può essere trasmesso direttamente. Piuttosto, l'impulso viene trasmesso attraverso la liberazione di sostanze chimiche chiamate trasmettitori chimici (o neurotrasmettitori).

23 Attività Sinaptica 1. Quando l impulso arriva al bulbo sinaptico, la membrana diventa più permeabile al Calcio (Ca) che attiva enzimi capaci di spingere le vescicole verso la fessura sinaptica. 2. Le vescicole si fondono con la membrana sinaptica e liberano il loro contenuto (neurostrasmettitore) nella fessura sinaptica 3. Il Neurotrasmettitore si lega ai recettori posti sulla superficie della m. postsinaptica che aprono i cancelli del Na facendo partire il Potenziale d Azione 4. Naturalmente se viene rilasciato una quantità insufficiente di neurotrasmettitore, il Potenziale non parte

24 Neurotrasmettitori Ci possono essere due tipi di Neurotrasmettitori : 1. Eccitatori : aprono i cancelli del Na e fanno partire il Potenziale d Azione 2. Inibitori : rendono la membrana più permeabile al K rendendo meno probabile la formazione del Potenziale d Azione

25 Il Cervello 3rd ventricle Thalamus Hypothalamus Cerebellum 4th ventricle Cortex Corpus callosum Septum pellucidum Fornix Optic chiasma Hypophysis Brain stem Spinal cord

26 Fluido Cerebrospinale

27 Brains (7) Frontal lobe Temporal lobe Parietal lobe Occipital lobe La Corteccia Cerebrale è suddivisa in quattro lobi: frontale, parietale, temporale e occipitale Le circonvoluzioni cerebrali hanno la funzione di aumentare la superficie della corteccia (evoluzione) e presentano delle regolarità fra individui (solchi e giri si ritrovano simili in tutti gli individui) Ciascun emisfero elabora informazioni controlaterali Gli emisferi non sono simmetrici (sia anatomicamente che funzionalmente)

28 We Speak with the left emisphere Nel 1861 Pierre Paul Broca descrive il caso di un paziente che, pur essendo in grado di capire il linguaggio parlato, non è in grado di parlare e/o scrivere correttamente. Il paziente non presenta danni motori che giustifichino questa incapacità ed è in grado di articolare singole parole e di modulare melodie musicali. L esame del cervello del paziente dopo la morte rivela una lesione nella zona posteriore del lobo frontale dell emisfero sinistro. Osservazioni analoghe vengono fatte per altri otto pazienti. Nel 1876 Carl Wernicke descrive il caso di un paziente che pur essendo in grado di articolare parole non è in grado di comprendere il linguaggio parlato La lesione cerebrale è in una zona diversa. Wernicke propone il modello dell elaborazione distribuita: solo le funzioni elementari sono svolte da singoli nuclei specializzati mentre quelle complesse richiedono interconnessioni fra aree diverse.

29 Broadman ha identificato anatomicamente 52 diverse aree delle corteccie cerebrali. Per molte di queste aree è stata trovata successivamente una specializzazione funzionale. Il fatto che funzioni di alto livello non siano localizzate aumenta la plasticità del cervello: le aree rimaste si riorganizzano. La rappresentazione della conoscenza è distribuita: lesioni localizzate distruggono solo in parte la conoscenza (ad esempio la capacità di riconoscere i volti o di associare odori a oggetti). Nei pazienti split brain ciò che è mostrato all emisfero destro è riconosciuto ma non è possibile articolarne il nome.

30 Aree funzionali del Cervello Broca s area Motor function area Motor function area Sensory area Somatosensory Association area Higher mental functions Auditory area Visual area Association area Wernicke s area

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32 Recettori sensoriali (1) Recettori diversi che codificano quantità fisiche diverse: Visione:Luce Udito: Onde di pressione Equilibrio: Accelerazione meccanica Tatto: Deformazione, Temperatura Gusto, Olfatto: Concentrazione chimica

33 Recettori Sensoriali (2) Nei sistemi somatico e olfattivo i recettori fanno parte del neurone (Neurone sensoriale primario) che effettua sia la trasduzione che la codifica. Nei sistemi visivo, gustativo, uditivo e per la misura dell equilibrio, i recettori sono cellule di tipo epiteliale che comunicano con il neurone sensoriale primario attraverso un meccanismo simile a quello delle sinapsi.

34 Struttura di un canale sensoriale L informazione sensoriale raggiunge le aree corticali attraverso un certo numero di neuroni. Nel caso somatico si tratta di tre neuroni.

35 Corteccia Motoria Vie Piramidali ed extrapiramidali

36 Emisferi cerebrali Più alto è il livello di Integrazione, maggiore è la complessità della risposta Diencefalo - inibizione + Tronco encefalico eccitazione Cervelletto Midollo Sensazioni (olfatto, gusto,etc) Attività Motoria arco riflesso semplice vie sensitive vie piramidali vie extra piramidali

37 Arco riflesso

38 Lo stiramento del muscolo estensore provocato dalla percussione del tendine provoca la contrazione del muscolo flessore. Questo è un esempio di riflesso spinale (comportamento mediato solo dai neuroni del midollo spinale). Questo riflesso è anche chiamato monosinaptico perché mediato da una sola sinapsi (neuroni pseudo-unipolari).

39 Generalità sul sistema nervoso autonomo Il sistema nervoso autonomo è un sistema efferente che regola, fuori dal controllo della volontà, il funzionamento di muscoli cardiaci e lisci (vasi sanguinei, peli, occhi, cuore, bronchi, s. digerente, vescica, genitali, etc.) come anche di ghiandole endocrine (midollare surrenale) ed esocrine (salivari, lacrimali e sudoripare) Variabili regolate: esso regola le variazioni termiche, cardiovascolari, bronchiali, metaboliche ed endocrine che accompagnano gli stati emozionali (ansia, paura, rabbia, stupore, amore ed eccitazione sessuale, etc.) e adattano l organismo ai contesti di esplorazione, interazione sociale, concentrazione, sforzo fisico, dolore, freddo/caldo, attacco, difesa, fuga, riposo, riproduzione etc. Fig. 1.3 di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES, 2003

40 Sistema Neurovegetativo E composto da fibre motrici efferenti viscerali Si divide in Simpatico : i neuroni lanciano il SNC attraverso i nervi spinali della regione dorsale e lombare Parasimpatico : i neuroni lasciano il SNC attraverso i nervi cranici e i nervi della regione sacrale del midollo

41 Il sistema nervoso autonomo è formato dal s. simpatica, dal s. parasimpatico e dal s. mesenterico Simpatico e parasimpatico: hanno effetti tipicamente contrapposti sugli organi innervati. Si compone, inoltre, di un sistema mesenterico per la regolazione dei muscoli lisci del tubo digerente Fig di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES, 2003 Fibre gangliari: due fibre effettrici in serie, una fibra pre-gangliare colinergica nel sistema nervoso centrale (midollo, troncoencefalo) e una fibra post-gangliare colinergica o noradrenergica nel sistema nervoso periferico Fig di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES, 2003

42 Sistema Nervoso Simpatico Pupille Ghiandole Salivari Cuore T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T 1 1 T12 L1 L2 L3 Fegato Rene Adrenal gland Stomaco Intestino Tenue Colon Retto Vescica Bronchi e Trachea Pregangliari : Colinergiche Post-Gangliari: Noradrenergiche Le fibre che innervano le Gh. salivari sono colinergiche La Ghiandola Surrenale è un Ganglio che immette direttamente nel circolo Sanguigno, Adrenalina (80%) e nor Adrenalina Genitals

43 Sistema Nervoso Parasimpatico Pupils Salivary glands Heart Bronchi of lungs Liver Stomach Small intestines Large intestine Rectum Bladder Genitals Pregangliari : Colinergiche Post Gangliari : Colinergiche

44 Chi comanda il sistema nervoso autonomo? I centri autonomici superiori Regolatori del sistema nervoso autonomo: il sistema nervoso autonomo agisce sia in via riflessa dopo stimoli adeguati (es. costrizione della pupilla alla luce) sia su comandi di centri integratori troncoencefalici, ipotalamici, limbici e neocorticali che sono responsabili del comportamento finalizzato e della regolazione della temperatura, della sete, della fame, della minzione, del respiro, delle funzioni cardiorespiratorie e della riproduzione

45 Coordinamento del simpatico e del parasimpatico Funzioni del simpatico: induce l ammiccamento e l allargamento della pupilla, l incremento della frequenza cardiaca e della pressione sanguinea, la broncodilatazione, il riempimento della vescica, l eiaculazione, il blocco della digestione e la mobilitazione di riserve energetiche in situazioni stressanti/emozionanti di interazione sociale, concentrazione, sforzo fisico, freddo, dolore, attacco, difesa, fuga e riproduzione Funzioni del parasimpatico (opposte a quelle simpatiche): induce la costrizione della pupilla, la riduzione della frequenza cardiaca e della pressione sanguinea, la broncocostrizione, lo svuotamento della vescica, l erezione, lo svolgimento della digestione e il deposito di riserve energetiche in situazioni di riposo, recupero e riproduzione Un esempio di coordinamento: il riempimento della vescica si basa sul rilasciamento del rivestimento muscolare e sulla contrazione dello sfintere interno (simpatico), mentre lo svuotamento della vescica si basa sulla contrazione del rivestimento muscolare e sul rilascio dello sfintere interno (parasimpatico) ed esterno (volontà su muscolo scheletrico) Eccezione al coordinamento: vi è un esclusiva innervazione simpatica per ghiandole sudoripare, muscolatura liscia dei vasi sanguinei, muscoli piloerettori, cellule epatiche (mobilizzazione di glucosio: gluconeogenesi e gliconeogenesi), cellule adipose (mobilizzazione di grassi: lipolisi) e renali (secrezione di renina per il riassorbimento di acqua e sodio)

46 La trasmissione nervosa autonoma La fibra pre-gangliare simpatica e parasimpatica riversa acetilcolina sui recettori nicotinici post-sinaptici, collegati a canali ionici (Na+, K+) analogamente ai recettori colinergici della giunzione neuromuscolare La fibra post-gangliare riversa sull organo bersaglio acetilcolina (recettori muscarinici simpatici e parasimpatici) o noradrenalina (recettori noradrenergici simpatici alfa e beta) La proteina G: i recettori post-gangliari sono associati ad una proteina di membrana (G) che amplifica gli effetti fisiologici del neurotrasmettitore Fig. 2-1 di Costanzo, Fisiologia, EdiSES, 1998

47 La trasmissione colinergica I recettori colinergici muscarinici: attivano tramite la proteina G l enzima fosfolipasi C, producendo secondi messaggeri (IP3 e DIAG) che mediano gli effetti fisiologici. Alternativamente, la proteina G attiva direttamente canali ionici di membrana (effetto iperpolarizzante dell apertura del canale K+ sulle cellule del nodo senoatriale del cuore). Gli effetti dei recettori muscarinici sono molto piu amplificati e generalizzati rispetto a quelli della trasmissione colinergica basata sui recettori nicotinici (collegati direttamente a specifici canali per K+ e Na+) Tabella di Germann-Stanfield, Fisiologia umana, EdiSES, 2003

48 La trasmissione noradrenergica (simpatico postgangliare) I recettori (simpatici) noradrenergici sono 4 (agiscono tramite proteina G). I recettori alfa 1 attivano l enzima fosfolipasi C producendo secondi messaggeri (IP3 e DIAG) che mediano la contrazione dei muscoli lisci di vasi cutanei e della regione splancnica, di sfinteri gastrointestinali/vescicali, e dell iride. I recettori beta attivano l enzima adenilciclasi producendo secondi messaggeri (AMP ciclico) che mediano la contrazione dei muscoli cardiaci (beta 1) e il rilasciamento di muscoli lisci di vasi del muscolo scheletrico, di bronchioli e di pareti gastrointestinali/vescicali (beta 2). I recettori alfa 2 inibiscono l adenilciclasi riducendo i livelli di AMP ciclico con effetti di rilasciamento della parete gastrointestinale.

49 Riepilogo dei recettori del sistema nervoso autonomo Tabella 2-3 di Costanzo, Fisiologia, EdiSES, 1998

50 GRAZIE PER L ATTENZIONE