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Immagini e concetti della biologia Sylvia S. Mader Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

C2 – Il sistema nervoso Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Il sistema nervoso permette al corpo di rispondere agli stimoli Nei vertebrati la cefalizzazione è associata alla simmetria bilaterale del corpo. I vertebrati hanno inoltre molti più neuroni degli invertebrati. Il sistema nervoso centrale (SNC) dei vertebrati, costituito dal midollo spinale e dall’encefalo, nell’embrione si sviluppa da un tubo neurale. L’organizzazione generale dell’encefalo dei vertebrati, suddiviso nelle sue regioni principali. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

L’essere umano ha sistema nervoso centrale e periferico ben sviluppati Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I neuroni sono le unità funzionali del sistema nervoso Il tessuto nervoso è composto da due tipi di cellule: I neuroni, o cellule nervose, sono le unità funzionali del sistema nervoso. Ricevono l’informazione sensoriale, la convogliano a un centro di integrazione (l’encefalo) e conducono quindi i segnali dal centro di integrazione agli organi effettori, come le ghiandole e i muscoli. Le cellule della glia hanno il compito di sostenere e nutrire i neuroni, hanno quindi un’indispensabile funzione di supporto. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I tre tipi di neuroni 1. I neuroni motori (efferenti) portano gli impulsi nervosi dal sistema nervoso centrale ai muscoli e alle ghiandole. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I tre tipi di neuroni 2. I neuroni sensoriali (afferenti) portano gli impulsi dai recettori sensoriali al sistema nervoso centrale. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I tre tipi di neuroni 3. Gli interneuroni, o neuroni di associazione, si trovano esclusivamente nel sistema nervoso centrale. Trasmettono gli impulsi tra le varie parti del sistema nervoso centrale; possono essere interposti tra i neuroni sensoriali e quelli motori, e formare vie nervose complesse all’interno dell’encefalo. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

La membrana di un neurone inattivo è soggetta al potenziale di riposo Quando un neurone è inattivo, cioè non conduce impulsi, il suo potenziale elettrico di riposo è di circa −70 mV. Il segno negativo indica che l’interno della cellula è più negativo rispetto all’esterno. Il potenziale dipende dalla concentrazione di ioni (Na+ e K+) all’interno e all’esterno della membrana assonica. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

La membrana di un neurone attivo è soggetta al potenziale d’azione Un potenziale d’azione è un rapido cambiamento della polarità misurata tra l’esterno e l’interno della membrana assonica che si verifica in corrispondenza di un impulso nervoso. L’andamento del voltaggio è associato allo spostamento degli ioni Na+ e K+ da un lato all’altro della membrana. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

L’apertura dei canali del sodio e l’apertura dei canali del potassio Quando ha inizio un potenziale d’azione, l’accesso dei canali del sodio si apre e quindi gli ioni Na+ si riversano nell’assone. Ciò provoca una depolarizzazione, poiché la carica all’interno dell’assone cambia da un valore negativo a uno positivo. Quando il potenziale d’azione termina, si ha una ripolarizzazione, poiché l’interno dell’assone ritorna nuovamente negativo grazie alla fuoriuscita degli ioni K+ dall’assone. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

La comunicazione tra neuroni avviene a livello delle sinapsi La regione di «quasi contatto» tra un terminale assonico e il dendrite (o corpo cellulare) di un altro neurone è la sinapsi. Un impulso nervoso in forma elettrica non può attraversare una fessura sinaptica, perciò la trasmissione viene mediata da molecole chiamate neurotrasmettitori. Con questo sistema di trasmissione elettrico/biochimico, il sistema nervoso centrale integra gli stimoli provenienti dal mondo esterno e li traduce in modo da generare una risposta, passando l’informazione da un neurone all’altro. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

La comunicazione tra neuroni avviene a livello delle sinapsi Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I neurotrasmettitori possono essere di tipo eccitatorio o di tipo inibitorio Neurotrasmettitore Azione Note Acetilcolina Neurotrasmettitore dei muscoli scheletrici e del SNP. Associata alla malattia di Alzheimer. Noradrenalina Neurotrasmettitore del SNC e del SNP, in genere eccita la muscolatura liscia. Coinvolta nella risposta a stati di stress, mobilita gli zuccheri dalle riserve. Dopamina Neurotrasmettitore del SNC. Coinvolta nelle emozioni, nell’apprendimento e nel controllo della funzione motoria. Associata alla malattia di Parkinson. Serotonina Coinvolta nella regolazione del ritmo sonno-veglia, dell’umore, dell’appetito e della sessualità. GABA Neurotrasmettitore inibitorio del SNC. Il farmaco noto come Valium® ne accentua gli effetti. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

L’integrazione è la somma elaborata di segnali eccitatori e inibitori Il grafico illustra un caso di integrazione sinaptica in cui (1) i segnali inibitori sono in sovrannumero rispetto (2) ai segnali eccitatori ricevuti dal neurone; quindi, (3) dopo l’integrazione, il valore soglia non viene raggiunto e l’impulso nervoso non parte. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Il sistema nervoso centrale Il sistema nervoso entrale (SNC) è composto dal midollo spinale e dall’encefalo. Il midollo spinale e l’encefalo lavorano in stretta connessione e sono protetti da diverse strutture: Encefalo cranio, meningi, liquido cerebrospinale Midollo spinale vertebre, meningi, liquido cerebrospinale Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Il midollo spinale Il midollo spinale svolge due funzioni principali: è il centro di numerose azioni riflesse rappresenta la via di comunicazione tra l’encefalo e i nervi spinali Nel midollo spinale si distingue una porzione centrale di materia grigia e una regione periferica di materia bianca. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I ventricoli cerebrali L’encefalo contiene quattro ventricoli interconnessi: i due laterali si trovano all’interno del cervello il terzo ventricolo è circondato dal diencefalo il quarto giace tra il cervelletto e il ponte I ventricoli producono continuamente liquido cerebrospinale, che circola al loro interno e fluisce al di fuori dell’encefalo attraverso le meningi. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Il cervello svolge le attività di integrazione Il cervello è diviso da un profondo solco nei due emisferi cerebrali, destro e sinistro. Ciascuno di essi riceve informazioni e controlla il lato opposto del corpo. Sono connessi tra di loro da un ponte di tratti nervosi che si trovano all’interno del corpo calloso. Ogni emisfero è suddiviso da solchi, chiamati scissure, che formano i quattro lobi: frontale parietale temporale occipitale Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

La corteccia cerebrale La corteccia cerebrale è uno strato sottile ma fortemente convoluto, costituito da materia grigia che ricopre e avvolge gli emisferi cerebrali, con tipiche circonvoluzioni che ne aumentano la superficie. Due regioni interessanti della corteccia sono: l’area motoria primaria – si trova nel lobo frontale; in essa hanno inizio i comandi volontari diretti ai muscoli scheletrici. l’area somatosensoriale primaria – si trova nel lobo parietale; qui è convogliata l’informazione sensoriale proveniente dalla cute e dai muscoli scheletrici. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Le altre parti dell’encefalo svolgono funzioni specializzate Il diencefalo è composto dall’ipotalamo, un centro di integrazione omeostatico, dal talamo, che riceve gli input sensoriali e funge da centro di smistamento dell’informazione verso la corteccia cerebrale, e dalla ghiandola pineale, implicata nella regolazione sonno-veglia. Il cervelletto riceve segnali da occhi, orecchie, articolazioni e muscoli e coordina i muscoli scheletrici per produrre movimento. Il tronco encefalico contiene il mesencefalo, il ponte e il midollo allungato. Nel tronco encefalico i tratti nervosi che passano tra cervello e midollo spinale o cervelletto si incrociano, cosicché il lato destro del corpo viene controllato dalla porzione sinistra dell’encefalo e viceversa. Esso contiene anche i centri delle risposte visive, uditive e tattili. Il midollo allungato contiene centri per la regolazione del battito cardiaco, del ritmo respiratorio e della pressione sanguigna. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Il sistema limbico modula la memoria, l’apprendimento e le emozioni Il sistema limbico è una complessa rete di tratti e di nuclei nervosi che incorpora anche porzioni dei lobi cerebrali, dei nuclei basali e del diencefalo. Nel sistema limbico le funzioni mentali superiori e le emozioni primarie si intrecciano. Due strutture significative del sistema limbico sono l’ippocampo e l’amigdala, essenziali per l’apprendimento e la memoria. L’amigdala, in particolare, è responsabile delle sfumature delle emozioni. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Il sistema nervoso periferico Il sistema nervoso periferico si trova al di fuori del sistema nervoso centrale ed è costituito: dai gangli, che contengono i corpi cellulari dei neuroni dai nervi, che sono fasci di assoni. Comprende i nervi cranici, che si connettono con l’encefalo, e i nervi spinali, connessi al midollo spinale tramite due corte radici, dorsale e ventrale. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I riflessi sono risposte automatiche del sistema nervoso somatico Il controllo volontario dei muscoli scheletrici ha sempre origine dall’encefalo. Le risposte involontarie agli stimoli, chiamate riflessi, possono coinvolgere sia l’encefalo sia il midollo spinale o solo il midollo spinale. I riflessi ci fanno reagire rapidamente a quegli stimoli che minacciano la nostra omeostasi. Un arco riflesso che mostra il percorso di un riflesso spinale. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I sistemi autonomo parasimpatico e simpatico controllano gli organi interni Il sistema autonomo del sistema nervoso periferico regola in modo automatico e involontario l’attività delle ghiandole, del muscolo cardiaco e dei muscoli lisci. È suddiviso in due parti: la divisione parasimpatica – che promuove tutte quelle risposte interne associate allo stato di riposo e digestivo la divisione simpatica – importante nelle situazioni di emergenza ed è associata con le reazioni dette del «combatti o fuggi» Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Il sistema nervoso autonomo, con le due divisioni parasimpatica e simpatica e le varie parti del corpo da esse controllate. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018