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Il sistema nervoso
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Struttura e funzione del sistema nervoso
Il sistema nervoso riceve e interpreta gli impulsi
sensoriali e trasmette quindi i comandi appropriati
• Il sistema nervoso è costituito dai neuroni, cellule
specializzate costituite da un corpo cellulare (che
contiene il nucleo e gli organuli) e da lunghi sottili
prolungamenti, chiamati fibre nervose.
• Il cervello umano contiene circa 100 miliardi di
neuroni specializzati nel trasferire segnali da un
punto all’altro del corpo.
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Acquisizione sensoriale
Recettore
sensoriale
Effettore
Stimolo motorio
Integrazione
Sistema nervoso
periferico (SNP)
Encefalo e midollo spinale
Sistema nervoso
centrale (SNC)
Il sistema nervoso svolge tre funzioni strettamente
interconnesse: l’acquisizione sensoriale, l’integrazione
e lo stimolo motorio.
Funzione del sistema nervoso
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Alle tre principali funzioni del sistema nervoso,
corrispondono i tre tipi funzionali di neuroni:
• i neuroni sensoriali: trasportano le informazioni
dai recettori sensoriali verso il sistema nervoso
centrale;
• gli interneuroni: integrano i dati forniti dai neuroni
sensoriali e poi trasmettono segnali appropriati ad
altri interneuroni o neuroni motori;
• i neuroni motori: trasmettono i messaggi
provenienti dal sistema centrale alle cellule
effettrici.
Tipi di neuroni
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Tranne alcune eccezioni, il sistema nervoso viene
suddiviso in due parti:
• sistema nervoso centrale (SNC): costituito
dall’encefalo e, nei vertebrati, dal midollo spinale;
• sistema nervoso periferico (SNP): formato
essenzialmente dalle vie di comunicazione (i nervi)
che portano i messaggi verso l’interno e verso
l’esterno del sistema nervoso centrale; il sistema
periferico possiede anche i gangli, che
raggruppano i corpi cellulari dei neuroni.
SNC e SNP
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Muscolo
quadricipite
Muscoli
flessori
Encefalo
Midollo
spinale
Nervo
SNP
Ganglio
SNC
Interneurone
4
2 Neurone sensoriale
3Motoneurone
1 Recettore
Un esempio di funzione del sistema nervoso è
rappresentato dal circuito relativamente semplice che
produce le risposte automatiche agli stimoli, o riflessi.
Arco riflesso
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I neuroni sono le unità funzionali del sistema
nervoso
• La capacità dei neuroni di ricevere e trasmettere
impulsi dipende dalla loro struttura.
• La maggior parte degli organuli del neurone,
compreso il nucleo, è localizzata nel corpo
cellulare.
• Dal corpo cellulare si estendono due tipi di
prolungamenti, i dendriti (che sono numerosi) e
l’assone (sempre unico).
Struttura dei neuroni
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Struttura di un neurone motorio mielinizzato:
Cellula di Schwann
Direzione dell’impulsoDendriti
Corpo
cellulare
Nucleo
Assone
Cellula di
Schwann
Direzione dell’impulso
Guaina mielinica
Nodo di Ranvier
Nodo di Ranvier
Nucleo
Bottoni sinaptici
Corpo cellulare
SE
M 3
60
0
Struttura di un neurone
Strati di mielina
che formano
la guaina
mielinica
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I neuroni comunicano attraverso le sinapsi
La sinapsi elettrica
• Il passaggio dell’informazione da cellula a cellula
avviene attraverso le sinapsi, ovvero le regioni di
spazio tra una terminazione sinaptica e un’altra
cellula.
• Le sinapsi possono essere elettriche o chimiche.
• In una sinapsi elettrica l’impulso nervoso passa
direttamente da un neurone a quello successivo.
Le sinapsi
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La sinapsi chimica
• Nelle sinapsi chimiche è invece presente un
breve spazio sinaptico che separa il neurone
presinaptico da quello postsinaptico.
• Il segnale elettrico deve quindi essere prima
convertito in un segnale chimico, costituito da
molecole di neurotrasmettitori.
• Il neurotrasmettitore diffonde attraverso la sinapsi e
si lega ai recettori presenti sulla membrana della
cellula postsinaptica.
La sinapsi chimica
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Neurone presinaptico
Assone del neurone
presinaptico
Neurone
postsinaptico
Spazio sinaptico
Neurone
postsinaptico
Terminazione
sinaptica
Molecole di neurotrasmettitore
Vescicole
Canali ionici
Il neurotrasmettitore viene demolito ed eliminato
Ioni
NeurotrasmettitoreRecettore
Sinapsi
Schema della sinapsi chimica:
La vescicola si fonde
con la membrana
plasmatica
23
Il neurotrasmettitore viene liberato nello spazio sinaptico
4
Il neurotrasmettitore si lega al recettore
1
Arriva il potenziale d’azione
5 Il canale ionico si apre 6 Il canale ionico si chiude
Sinapsi chimica
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Le sinapsi chimiche rendono possibile l’elaborazione
di informazioni complesse
Un neurone può ricevere informazioni da centinaia di altri
neuroni attraverso migliaia di terminazioni sinaptiche.
Dendriti
Guaina
mielinica
Assone
Terminazioni sinaptiche
Inibitore
Corpo cellulare del
neurone postsinaptico
Eccitatore
Terminazioni sinaptiche
SE
M 5
500
Sinapsi chimica
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• I neurotrasmettitori possono generare potenziali d’azione nella
cellula postsinapica: tali neurotrasmettittori e le sinapsi in cui essi
sono liberati, sono chiamati eccitatori.
• Viceversa, molti neurotrasmettitori fanno diminuire nella cellula
postsinaptica la tendenza a trasmettere l’impulso nervoso: tali
neurotrasmettitori e le loro sinapsi sono detti inibitori.
Neurotrasmettitori eccitatori e inibitori
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Molte piccole molecole svolgono la funzione di
neurotrasmettitori
Molte molecole svolgono il ruolo di neurotrasmettitore
nelle sinapsi chimiche:
• l’acetilcolina;
• le ammine biogene;
• gli amminoacidi e i peptidi;
• l’ossido di azoto.
Neurotrasmettitori
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Numerosi farmaci e altre sostanze agiscono a livello
delle sinapsi chimiche
Molte sostanze psicoattive (tra cui caffeina, nicotina e alcol
etilico) influenzano l’azione dei neurotrasmettitori nelle
sinapsi presenti nel nostro cervello.
Farmaci e sistema nervoso
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Organizzazione del sistema nervoso
Nel regno animale si sono evoluti diversi tipi di
sistema nervoso
Gli organismi a simmetria radiale hanno uno dei modelli
più semplice di sistema nervoso, costituito da una rete
nervosa, ossia da un sistema a reticolo di neuroni che si
estende per tutto il corpo.
Rete nervosa
Neurone
Idra (uno cnidario)
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La maggior parte degli animali presenta simmetria bilaterale,
con due aspetti evolutivi caratteristici:
• la cefalizzazione, cioè la concentrazione delle strutture
nervose presso l’estremità anteriore;
• la centralizzazione, ossia la presenza di un sistema nervoso
centrale separato da quello periferico.
Macchia oculare
Encefalo
Cordone
nervoso
Nervi
periferici
Encefalo
Cordone
nervoso
ventrale
Gangli dei
segmenti
Sanguisuga (un anellide)
Cordone
nervoso
ventrale
Gangli
Insetto (un artropode) Calamaro (un mollusco)
Encefalo
Assone
gigante
Planaria (un verme piatto)
Encefalo
Organizzazione del sistema nervoso
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Encefalo
Liquido cerebrospinale
Meningi
Sostanza bianca
Sostanza grigia
Ganglio della
radice dorsale
(parte del SNP)
Nervo spiale (che fa
parte del sistema
nervoso periferico) Canale centrale
Midollo spinale
(sezione trasversale)
Ventricoli
Canale ependimale
del midollo spinale
Midollo spinale
Cavità interna del SNC e sezione trasversale del midollo
spinale:
Anatomia SNC
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Il sistema nervoso periferico ha una struttura
funzionale gerarchica
Il sistema nervoso periferico dei vertebrati può essere
suddiviso in due componenti funzionalmente diverse: il
sistema nervoso somatico e il sistema nervoso
autonomo. Sistema nervoso
periferico
Sistema
somatico
(volontario)
Sistema
autonomo
(involontario)
Sistema
simpatico
Sistema
parasimpatico
Sistema
enterico
Anatomia SNP
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• Il sistema nervoso somatico trasporta i segnali
da e verso i muscoli scheletrici, principalmente in
risposta a stimoli esterni. Viene detto volontario
perché gran parte delle sue azioni è sotto il
controllo della volontà.
• Il sistema nervoso autonomo regola l’ambiente
interno, controllando la muscolatura liscia, il
miocardio e gli organi dei sistemi digerente,
cardiovascolare, escretore ed endocrino. Questo
controllo è generalmente di tipo involontario.
SNP somatico e autonomo
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Gli effetti contrapposti dei neuroni dei sistemi
simpatico e parasimpatico regolano l’ambiente
interno
• Un gruppo di neuroni, che costituisce il sistema
parasimpatico, induce nell’organismo le attività
legate all’acquisizione e alla conservazione
dell’energia.
• L’altro gruppo di neuroni, appartenenti al sistema
simpatico, tende a svolgere il compito opposto,
preparando il corpo alle attività che consumano
energia.
Sistema parasimpatico e simpatico
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Il sistema
nervoso
autonomo:
Sistema parasimpatico e simpatico
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L’encefalo si sviluppa a partire da tre dilatazioni anteriori
del tubo neurale
L’encefalo umano
Nei vertebrati,
durante i primi stadi
dello sviluppo
embrionale,
all’estremità
anteriore del tubo
neurale compaiono
tre rigonfiamenti:
prosencefalo,
mesencefalo e
rombencefalo.
Regioni dell’encefalo embionale Regioni presenti nell’adulto
Prosencefalo
Mesencefalo
Rombencefalo
Mesencefalo Rombencefalo
Prosencefalo
Embrione (un mese)
Cervello (emisferi cerebrali; comprende la
corteccia, la sostanza bianca e i nuclei basali)
Diencefalo (talamo, ipotalamo, ipofisi, epifisi)
Mesencefalo (parte del tronco encefalico)
Ponte (parte del tronco)
Midollo allungato (parte del tronco encefalico)
Emisfero
cerebrale Diencefalo
Mesencefalo
Ponte
Cervelletto
Midollo allungato
Midollo spinale
Feto (tre mesi)
Cervelletto
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• Se confrontato a quello dei pesci, degli anfibi e dei
rettili, il cervello degli uccelli e dei mammiferi è molto
più grande, rispetto alle altre parti dell’encefalo.
• Un cervello più ampio è direttamente correlato con il
comportamento più elaborato che caratterizza uccelli e
mammiferi.
L’encefalo umano
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La struttura di un supercomputer vivente: l’encefalo
umano
• L’encefalo umano è più potente di qualsiasi
computer.
• È formato da tre regioni principali che si sono
evolute considerevolmente rispetto alle forme
originali ancestrali:
– prosencefalo;
– mesencefalo;
– rombencefalo.
L’encefalo umano
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Prosencefalo
Mesencefalo
Rombencefalo
Cervello
Talamo
Ipotalamo
Ipofisi
Ponte
Midollo
allungato
Cervelletto
Midollo spinale
Corteccia cerebrale
Due parti del rombencefalo, chiamate midollo allungato
e ponte, e il mesencefalo formano un’unità funzionale
chiamata complessivamente tronco encefalico.
Tronco encefalico
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Principali strutture dell’encefalo umano
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Emisfero
cerebrale sinistro
Emisfero
cerebrale destro
Corpo
calloso
Gangli basali
Il cervello è costituito dagli emisferi cerebrali destro e
sinistro, ognuno dei quali è responsabile dell’attività della
parte opposta del corpo.
Emisferi cerebrali
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La corteccia cerebrale è un mosaico di regioni
specializzate che interagiscono
L’intricato circuito neuronale della corteccia cerebrale dà
origine alle caratteristiche umane più peculiari: la logica e le
capacità matematiche, l’abilità linguistica, l’immaginazione, il
talento artistico e la personalità.Lobo frontale Lobo parietale
Lobo occipitaleLobo temporale
Area di associazione
frontale
Area di associazione
somatosensorialeLinguaggio
Percezione del gusto
Percezione
delle parole scritte
Percezione dell’udito
Percezione
dell’olfattoArea di associazione
uditiva
Area di
associazione
visiva
Vista
Linguaggio
Corteccia cerebrale
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• L’area funzionale chiamata corteccia motoria ha
soprattutto la funzione di inviare comandi ai
muscoli scheletrici, fornendo risposte appropriate
agli stimoli sensoriali.
• La maggior parte della nostra corteccia cerebrale è
costituita dalle aree di associazione, che sono i
siti delle attività mentali più sofisticate, ossia di ciò
che noi chiamiamo semplicemente pensiero.
• Gli emisferi cerebrali destro e sinistro tendono a
specializzarsi a svolgere funzioni differenti.
Aree di associazione
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Utilità delle lesioni per gli studi
Lesioni e interventi chirurgici al cervello forniscono
informazioni sulle sue funzioni
Gran parte di ciò che sappiamo sul cervello proviene
dagli studi effettuati su persone che hanno subito lesioni
cerebrali o interventi chirurgici, oppure affette da
particolari malattie.
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Diverse parti del cervello regolano il sonno e la veglia
• L’ipotalamo, insieme ad altre regioni dell’encefalo, è
responsabile del ciclico alternarsi di sonno e veglia.
• Il ponte e il midollo allungato contengono centri che,
se stimolati, inducono il sonno.
• Il mesencefalo invece contiene un centro
dell’attenzione.
• Un altro sistema di neuroni importante nella
regolazione del sonno e della veglia è la
formazione reticolare.
Sonno e veglia
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Informazioni
provenienti
dall’orecchioOcchio
Formazione reticolare
Informazioni provenienti
dai recettori del tatto, del
dolore e della temperatura
Informazioni in uscita
verso la corteccia
La formazione reticolare attraversa il centro del tronco
encefalico e riceve informazioni dai recettori sensoriali,
le filtra rimuovendo quelle che arrivano costantemente al
sistema nervoso, e invia i dati utili alla corteccia
cerebrale.
Formazione reticolare
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Paziente sveglio, a riposo, con gli occhi chiusi (onde alfa)
Paziente sveglio, con intensa attività mentale (onde beta)
Paziente addormentato
Sonno non-REM (onde delta) Sonno REM Sonno non-REM (onde delta)
I ricercatori studiano il tipo di attività elettrica del cervello
durante la veglia e il sonno mediante una tecnica detta
elettroencefalografia: un dispositivo trasforma i segnali
elettrici, chiamati onde cerebrali, in un tracciato detto
elettroencefalogramma o EEG.
Elettroencefalogramma
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Il sistema limbico è coinvolto nelle emozioni, nella
memoria e nell’apprendimento
Gran parte delle emozioni, della memoria e dell’apprendimento
umani dipende dal nostro sistema limbico, un’unità funzionale
del prosencefalo, costituita da numerosi centri di integrazione e
da aree neuronali interconnesse, che include parti del talamo e
dell’ipotalamo.
Olfatto
Bulbo olfattivoGusto Ippocampo
Cervello
Talamo
Ipotalamo
Corteccia prefrontale
Sistema limbico
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Disturbi neurologici
Alterazioni delle funzioni fisiologiche nell’encefalo possono
causare disturbi neurologici
• I disturbi neurologici (o malattie del sistema nervoso)
hanno un enorme impatto sulla società.
• Alcuni esempi sono: la schizofrenia, la depressione, la
malattia di Alzheimer e il morbo di Parkinson.
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• La schizofrenia è un grave disturbo mentale
caratterizzato da episodi psicotici durante i quali il
paziente perde la capacità di distinguere la realtà.
• Tra i sintomi ci sono le allucinazioni, manie,
insensibilità, mancanza d’iniziativa, facilità alla
distrazione e difficoltà nell’espressione verbale.
Malattie mentali
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• Sono state identificate due forme di depressione: la
depressione maggiore e il disturbo bipolare.
• La depressione maggiore colpisce circa il 5%
della popolazione.
• Il disturbo bipolare interessa circa l’1% della
popolazione ed è caratterizzato da drastici
cambiamenti dello stato d’animo.
Depressione
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140
120
100
80
60
40
20
01995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003
Anno
Pre
scrizio
ni (
mili
on
i)
Molte persone depresse presentano uno squilibrio della
concentrazione dei neurotrasmettitori (in particolare della
serotonina). Alcune medicine sono in grado di
correggere tale squilibrio: la classe più comune di
farmaci antidepressivi (SSRI) inibisce il riassorbimento
della serotonina.
Farmaci antidepressivi
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• La malattia di Alzheimer è una malattia
degenerativa del cervello caratterizzata da perdita
di memoria e confusione mentale:
• La sua incidenza nella popolazione varia a
seconda dell’età.
Placca amiloide Matassa neurofibrillare
LM
25
0
Malattia di Alzheimer
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• Il morbo di
Parkinson è una
malattia
caratterizzata da
rigidità muscolare,
difficoltà a iniziare i
movimenti e
lentezza
nell’eseguirli.
• Questo morbo è
progressivo, legato
all’età del paziente
e, in genere, si
manifesta dopo i
60 anni.
Morbo di Parkinson
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