Sistema nervoso

3.1

Potenziale d’azione

Tutte le cellule dell’organismo, dunque anche i neuroni, possiedono una membrana polarizzata; quando a un neurone viene applicato uno stimolo che raggiunge una potenza adeguata, le proprietà della membrana cambiano, ed essa diventa molto più permeabile allo ione sodio Na⁺: questo ione, quindi, entra rapidamente nella cellula e produce una carica netta positiva all’interno del neurone. Ciò provoca un cambiamento del potenziale elettrico della membrana, che si depolarizza.

Quando una quantità sufficiente di ioni Na+ è entrata nella cellula, in modo da invertire completamente il potenziale e da avere all’interno una carica netta positiva invece che negativa, si raggiunge una condizione che prende il nome di “potenziale d’azione”. La parte esterna della porzione di membrana, ora negativa, invia una corrente elettrica che stimola la membrana circostante ancora a riposo, con la porzione esterna ancora carica positivamente. Questa corrente locale stimola la porzione adiacente della membrana del neurone a depolarizzarsi in modo analogo, e questo evento si ripete lungo tutta la membrana della cellula, trasmettendo, così, l’impulso nervoso lungo tutto l’assone.

Le dimensioni del potenziale d’azione sono autolimitate, poiché una concentrazione interna elevata di Na⁺ induce il pompaggio all’esterno prima di K⁺ e poi di Na⁺, ripristinando la carica negativa all’interno della membrana cellulare e, quindi, il potenziale di membrana: in altre parole, in meno di un millesimo di secondo il neurone si ripolarizza e dopo un lasso di tempo brevissimo, chiamato periodo di refrattarietà, il neurone è in grado di ripetere il processo.

Questo processo di conduzione continua ha luogo solo nelle fibre amieliniche, poiché la guaina mielinica che avvolge le altre fibre nervose forma intorno all’assone uno strato isolante, che non permette il passaggio della corrente elettrica. Nelle fibre mieliniche la depolarizzazione si verifica a livello dei nodi di Ranvier, con l’impulso nervoso che viene condotto saltando successivamente da un nodo all’altro lungo il nervo. Questa forma di conduzione dell’impulso, più rapida della conduzione continua, si chiama conduzione saltatoria.

3.2

La risposta del tipo “tutto o nulla”

La velocità di spostamento di un impulso lungo un nervo dipende dall’intensità dello stimolo e dalle proprietà del nervo stesso. L’impulso nervoso si produce solo quando lo stimolo, derivante, ad esempio, da un recettore sensoriale, raggiunge un determinato valore-soglia, e a quel punto la risposta è di tipo “tutto o nulla”, cioè si produce indipendentemente dall’intensità dello stimolo. Il protrarsi dello stimolo stesso, però, determina poi una diminuzione della capacità di risposta della fibra nervosa, cioè questa reagisce per valori-soglia di quello stimolo più alti: questo fenomeno prende il nome di assuefazione.

La velocità effettiva della conduzione è determinata dal diametro e dal grado di mielinizzazione della fibra nervosa. Le fibre con un grosso diametro e dotate di guaina mielinica conducono gli impulsi più rapidamente delle fibre più piccole e amieliniche.

4

Struttura delle sinapsi

La sinapsi è la struttura che comprende la terminazione dell’assone di un neurone (neurone presinaptico) e quella di un dendrite di un neurone adiacente (neurone postsinaptico). Quando l’impulso viene condotto da un neurone alla cellula di un muscolo o di una ghiandola, la sinapsi prende il nome di giunzione, rispettivamente, neuromuscolare o neuroghiandolare.

L’estremità di un assone è arrotondata a formare un bottone sinaptico; essa è separata dal dendrite adiacente da un breve spazio intersinaptico. Quando un impulso elettrico raggiunge il bottone sinaptico, esso provoca lo spostamento di ioni calcio nella terminazione nervosa. Questo fenomeno stimola piccole sacche racchiuse da una membrana (vescicole sinaptiche), presenti nel citoplasma in prossimità del bottone sinaptico e contenenti neurotrasmettitori, cioè sostanze prodotte dal neurone stesso e trasportate per tutta la lunghezza della cellula fino in prossimità della sinapsi. La stimolazione delle vescicole ne determina il movimento verso la membrana cellulare dell’assone e la loro fusione con essa.

I neurotrasmettitori presenti nelle vescicole vengono, quindi, liberati nello spazio intersinaptico, dove si legano a recettori specializzati sulla superficie del neurone adiacente. Questo fenomeno costituisce uno stimolo che provoca la depolarizzazione della cellula adiacente, e ciò innesca in questo neurone un potenziale d’azione.

4.1

Sinapsi e neurotrasmettitori eccitatori e inibitori

A livello della sinapsi, l’impulso può muoversi in una sola direzione: verso la cellula che deve essere stimolata e non in senso contrario. I neurotrasmettitori si distinguono in eccitatori o inibitori a seconda che stimolino o inibiscano il neurone postsinaptico. Nel secondo caso le interazioni trasmettitore-recettore aumentano la negatività del potenziale di membrana (iperpolarizzazione), rendendo più difficile per il neurone postsinaptico generare un potenziale d’azione. Ciascun neurone può formare sinapsi con uno o più neuroni e la risposta netta di un neurone postsinaptico è determinata dalla somma e dall’integrazione di tutti i segnali eccitatori e inibitori che riceve.

La durata di uno stimolo proveniente da un neurotrasmettitore è limitata dalla scissione di queste sostanze nella sinapsi e dal loro riassorbimento da parte del neurone che le ha prodotte. In passato si credeva che ogni neurone producesse un solo tipo di neurotrasmettitore, mentre studi recenti hanno dimostrato che alcune cellule sono in grado di sintetizzarne due o più tipi.

5

Malattie del sistema nervoso

La neurologia si occupa dello studio e della cura dei disturbi del sistema nervoso, mentre la psichiatria si occupa dei disturbi del comportamento che hanno una natura funzionale. La divisione tra queste due specialità mediche non è, tuttavia, netta, in quanto i disturbi neurologici si manifestano spesso sotto forma di fenomeni sia organici sia mentali.

Le malattie del sistema nervoso comprendono alcune malattie genetiche e metaboliche, i disturbi vascolari, le malattie degenerative (tra cui il morbo di Parkinson e il morbo di Alzheimer), le malattie da stress e i tumori che interessano i neuroni o le altre cellule del tessuto nervoso.

I disturbi vascolari, come l’emorragia cerebrale o altre forme di ictus, sono tra le cause più comuni di paralisi e di altre complicazioni neurologiche. Alcune malattie presentano una peculiare distribuzione geografica o per età: ad esempio, la sclerosi multipla è una malattia degenerativa frequente nelle zone temperate, mentre è rara ai tropici.

Il sistema nervoso è soggetto a infezioni provocate da una grande varietà di batteri, parassiti e virus. Ad esempio, il botulismo, la brucellosi, il tetano, la difterite sono patologie causate da batteri, e la malattia del sonno è provocata da un parassita, il tripanosoma; la meningite è un’infiammazione delle meningi che può essere provocata da molti agenti patogeni diversi, mentre la rabbia è dovuta all’infezione di un unico ceppo virale.

Alcuni virus responsabili di disturbi neurologici colpiscono solo alcune parti del sistema nervoso: il virus responsabile della poliomielite colpisce generalmente il midollo spinale, mentre i virus che provocano l’encefalite attaccano il cervello.

Le infiammazioni del sistema nervoso prendono il nome dalla parte colpita. La mielite è un’infiammazione del midollo spinale, la nevrite è l’infiammazione di un nervo che può essere provocata non solo da un’infezione, ma anche da un avvelenamento, dall’alcolismo o da un trauma. Di solito, i tumori che originano nel sistema nervoso sono formati, a seconda della parte del sistema nervoso colpita, da tessuto meningeo o da cellule di nevroglia (il tessuto di sostegno); altri tipi di tumori possono, invece, diffondersi al sistema nervoso o invaderlo a partire da altre parti del corpo. In alcuni disturbi del sistema nervoso, come la nevralgia, l’emicrania e l’epilessia, non esistono prove dell’esistenza di un danno organico. Un altro disturbo neurologico, la paralisi cerebrale infantile, è associato a un danno subito prima, durante o dopo il parto.