Il sistema nervoso è costituito da cervello, midollo spinale, organi sensoriali e tutti i nervi che collegano questi organi con il resto del corpo.

Insieme, questi organi sono responsabili del controllo del corpo e della comunicazione tra le sue parti.

Il cervello e il midollo spinale formano il centro di controllo noto come sistema nervoso centrale (SNC), in cui le informazioni vengono valutate e le decisioni prese.

I nervi e gli organi sensoriali del sistema nervoso periferico (PNS) condizionano all’interno e all’esterno il corpo e inviano queste informazioni all’SNC.

I nervi efferenti nel PNS trasportano segnali dal centro di controllo ai muscoli, alle ghiandole e agli organi per regolare le loro funzioni.

Anatomia

Tessuto nervoso

La maggior parte del sistema nervoso è costituito da due classi di cellule: neuroni e neuroglia.

Neuroni

I neuroni, noti anche come cellule nervose, comunicano all’interno del corpo trasmettendo segnali elettrochimici.

Sembrano molto diversi dalle altre cellule del corpo a causa dei numerosi processi cellulari lunghi che si estendono dal loro corpo centrale cellulare.

Il corpo cellulare è la parte approssimativamente rotonda di un neurone che contiene il nucleo, i mitocondri e la maggior parte degli organelli cellulari.

Piccole strutture ad albero chiamate dendriti si estendono dal corpo cellulare per raccogliere stimoli provenienti dall’ambiente, da altri neuroni o da cellule recettrici sensoriali.

I lunghi processi di trasmissione chiamati assoni si estendono dal corpo cellulare per inviare segnali verso altri neuroni o cellule effettrici nel corpo.

Esistono 3 classi di neuroni: neuroni afferenti, neuroni efferenti e interneuroni.

1. Neuroni afferenti . Conosciuti anche come neuroni sensoriali, trasmettono segnali sensoriali al sistema nervoso centrale dai recettori del corpo.
2. Neuroni efferenti . Conosciuti anche come neuroni motori, trasmettono segnali dal sistema nervoso centrale a effettori nel corpo come muscoli e ghiandole.
3. Interneuroni . Formano reti complesse all’interno del sistema nervoso centrale per integrare le informazioni ricevute dai neuroni afferenti e per dirigere la funzione del corpo attraverso i neuroni efferenti.

Neuroglia

Le neuroglia, anche conosciuta come cellule gliali, agiscono come cellule “helper” del sistema nervoso. Ogni neurone nel corpo è circondato ovunque da 6 a 60 neuroglia che lo proteggono, alimentano e isolano.

Poiché i neuroni sono cellule estremamente specializzate che sono essenziali per la funzione del corpo e quasi mai si riproducono, le neuroglia sono vitali per il mantenimento di un sistema nervoso funzionale.

Cervello

Il cervello , un organo morbido e rugoso che pesa circa 3 chili, si trova all’interno della cavità cranica, circondato e protetto dalle ossa del cranio .

I circa 100 miliardi di neuroni del cervello formano il principale centro di controllo del corpo.

Il cervello e il midollo spinale formano insieme il sistema nervoso centrale (SNC), in cui le informazioni vengono elaborate e le risposte hanno origine.

Nel cervello, hanno sede funzioni mentali superiori come la coscienza, la memoria, la pianificazione e le azioni volontarie; esso controlla anche le funzioni della parte inferiore del corpo come il mantenimento della respirazione, la frequenza cardiaca, la pressione sanguigna e la digestione.

Midollo spinale

Il midollo spinale è una massa lunga e sottile di neuroni impacchettati che trasporta l’informazione attraverso la cavità vertebrale della spina dorsale iniziando dal midollo allungato del cervello sulla sua estremità superiore e continuando inferiormente alla regione lombare della colonna vertebrale.

Nella regione lombare, il midollo spinale si separa in un fascio di singoli nervi chiamati cauda equina (a causa della sua somiglianza con la coda di un cavallo) che continua inferiormente al sacro e al coccige .

La sostanza bianca del midollo spinale funge da condotto principale dei segnali nervosi al corpo dal cervello. La materia grigia del midollo spinale integra i riflessi agli stimoli.

Nervi

I nervi sono fasci di assoni nel sistema nervoso periferico (PNS) che fungono da autostrade dell’informazione per trasportare segnali tra il cervello e il midollo spinale e il resto del corpo. Ogni assone è avvolto in una guaina di tessuto connettivo chiamata endonevrio.

Assoni individuali del nervo sono raggruppati in gruppi di assoni chiamati fascicoli, avvolti in una guaina di tessuto connettivo chiamato perinervio.

Infine, molti fascicoli sono avvolti insieme in un altro strato di tessuto connettivo chiamato epinevrio per formare un nervo intero.

L’involucro dei nervi con tessuto connettivo aiuta a proteggere gli assoni e ad aumentare la velocità della loro comunicazione all’interno del corpo.

• Nervi afferenti, efferenti e misti . Alcuni dei nervi nel corpo sono specializzati per trasportare informazioni in un’unica direzione, simile a una strada a senso unico.

I nervi che trasportano le informazioni dai recettori sensoriali al sistema nervoso centrale sono detti nervi afferenti.

Altri neuroni, noti come nervi efferenti, trasmettono segnali solo dal sistema nervoso centrale a effettori come i muscoli e le ghiandole.

Infine, alcuni nervi sono nervi misti che contengono sia assoni afferenti che efferenti. I nervi misti sono come strade a doppio senso di marcia in cui gli assoni afferenti agiscono come corsie dirette verso il sistema nervoso centrale e gli assoni efferenti agiscono come corsie che si allontanano dal sistema nervoso centrale.

• Nervi cranici . Estendendosi dal lato inferiore del cervello ci sono 12 coppie di nervi cranici. Ogni coppia di nervi cranici è identificata da un numero romano da 1 a 12 in base alla sua posizione lungo l’asse antero-posteriore del cervello.

Ogni nervo ha anche un nome descrittivo (es. Olfattivo, ottico, ecc.), che identifica la sua funzione o posizione. I nervi cranici forniscono una connessione diretta al cervello per gli organi di senso speciali, i muscoli della testa , del collo e delle spalle, il cuore e il tratto gastrointestinale.

• Nervi spinali . Estendendosi dai lati sinistro e destro del midollo spinale ci sono 31 coppie di nervi spinali.

I nervi spinali sono nervi misti che portano sia segnali sensoriali che motori tra il midollo spinale e regioni specifiche del corpo. I 31 nervi spinali sono suddivisi in 5 gruppi in base alle 5 regioni della colonna vertebrale.

Quindi, ci sono 8 coppie di nervi cervicali, 12 paia di nervi toracici , 5 paia di nervi lombari , 5 paia di nervi sacrali e 1 paio di nervi coccigei.

Ogni nervo spinale esce dal midollo spinale attraverso il forame intervertebrale tra una coppia di vertebre o tra la vertebra C1 e l’osso occipitale del cranio.

Meningi

Le meningi sono i rivestimenti protettivi del sistema nervoso centrale (SNC), costituiti da tre strati: la dura madre, l’aracnoide e la pia madre.

• Dura mater . La dura madre è lo strato più spesso, più duro e più superficiale delle meningi. Realizzato con tessuto connettivo denso e irregolare, contiene molte fibre di collagene e vasi sanguigni. La Dura Mater protegge l’SNC da danni esterni, contiene il liquido cerebrospinale che circonda il sistema nervoso centrale e fornisce sangue al tessuto nervoso del sistema nervoso centrale.
• Aracnoide . è molto più sottile e delicata della dura madre. Si allinea l’interno della dura madre e contiene molte fibre sottili che la collegano alla pia mater sottostante. Queste fibre attraversano uno spazio pieno di liquido chiamato spazio subaracnoideo tra l’aracnoide e la pia madre.
• Pia mater . La pia mater , che significa “tenera madre”, è uno strato sottile e delicato di tessuto che poggia sull’esterno del cervello e del midollo spinale. Costituita da molti vasi sanguigni che alimentano il tessuto nervoso dell’SNC, la pia madre penetra nei solchi e nelle fessure del cervello, coprendo l’intera superficie dell’SNC.

Liquido cefalorachidiano

Lo spazio che circonda gli organi del sistema nervoso centrale è riempito con un fluido chiaro noto come liquido cefalorachidiano o cerebrospinale (LCR).

L’LCR è formato da plasma sanguigno con strutture speciali chiamate plessi corioidei .

Questi contengono molti capillari rivestiti da tessuto epiteliale che filtra il plasma sanguigno e consente al fluido filtrato di entrare nello spazio attorno al cervello.

L’LCR appena creato scorre attraverso l’interno del cervello in spazi vuoti chiamati ventricoli e attraverso una piccola cavità nel mezzo del midollo spinale detta canale centrale.

Anche il liquido cerebrospinale scorre attraverso lo spazio subaracnoideo attorno al cervello e al midollo spinale.

Esso viene costantemente prodotto nei plessi corioidei e viene riassorbito nel flusso sanguigno in strutture chiamate villi aracnoidei.

Il fluido cerebrospinale svolge diverse funzioni vitali per il sistema nervoso centrale:

1. assorbe gli urti tra il cervello e il cranio e tra il midollo spinale e le vertebre. Questo assorbimento degli urti protegge il sistema nervoso centrale da colpi o improvvisi cambi di velocità, come durante un incidente automobilistico.
2. Il cervello e il midollo spinale galleggiano all’interno del liquido cerebrospinale, riducendo il loro peso apparente attraverso la spinta idrostatica. Il cervello è un organo molto grande ma morbido che richiede un elevato volume di sangue per funzionare efficacemente. Il peso ridotto nel liquido cerebrospinale consente ai vasi sanguigni del cervello di rimanere aperti ed evita che il tessuto nervoso si schiacci dal suo stesso peso.
3. aiuta a mantenere l’omeostasi chimica all’interno del sistema nervoso centrale. Contiene ioni, sostanze nutritive, ossigeno e albumine che supportano l’equilibrio chimico e osmotico del tessuto nervoso. Inoltre, rimuove anche i prodotti di scarto che si formano come sottoprodotti del metabolismo cellulare all’interno del tessuto nervoso.

Organi di senso

Tutti gli organi di senso sono componenti del sistema nervoso. I cosiddetti sensi speciali – vista, gusto, olfatto, udito e tatto – sono tutti rilevati da organi specializzati come gli occhi , le papille gustative e l’epitelio olfattivo.

I recettori sensoriali per i sensi generali come il tatto, la temperatura e il dolore sono presenti in quasi tutto il corpo. Tutti i recettori sensoriali del corpo sono collegati a neuroni afferenti che trasportano le loro informazioni sensoriali al CNS per essere elaborate e integrate.

Fisiologia del sistema nervoso

Il sistema nervoso ha 3 funzioni principali: sensoriale, integrativa e motoria.

1. Sensoriale . Comporta la raccolta di informazioni dai recettori sensoriali che monitorano le condizioni interne ed esterne del corpo. Questi segnali vengono quindi trasmessi al sistema nervoso centrale (SNC) per un’ulteriore elaborazione da parte dei neuroni afferenti (e dei nervi).
2. Integrativa . Il processo di integrazione è l’elaborazione dei molti segnali sensoriali che vengono passati nel CNS in un dato momento. Questi segnali sono valutati, confrontati, usati per il processo decisionale, scartati o impegnati nella memoria se ritenuti appropriati.L’integrazione avviene nella materia grigia del cervello e del midollo spinale ed è eseguita da interneuroni, molti dei quali lavorano insieme per formare reti complesse che forniscono questa potenza di elaborazione
3. Motoria. Una volta che le reti di interneuroni nel SNC valutano le informazioni sensoriali e decidono un’azione, stimolano i neuroni efferenti.

Questi ultimi (chiamati anche motoneuroni) trasportano segnali dalla materia grigia del SNC attraverso i nervi del sistema nervoso periferico verso le cellule effettrici. L’effettore – tessuto muscolare liscio, cardiaco o scheletrico o tessuto ghiandolare -rilascia quindi un ormone o sposta una parte del corpo per rispondere allo stimolo.

Divisioni del sistema nervoso

Sistema nervoso centrale

Il cervello e il midollo spinale formano insieme il sistema nervoso centrale, o CNS, che agisce come centro di controllo del corpo fornendo i suoi sistemi di elaborazione, memoria e regolazione.

Il CNS acquisisce tutte le informazioni sensoriali consce e subconsce dai recettori sensoriali del corpo per rimanere consapevole delle condizioni interne ed esterne del corpo. Usando questa informazione sensoriale, prende decisioni da intraprendere per mantenere l’omeostasi del corpo e garantirne la sopravvivenza. Il CNS è anche responsabile delle funzioni superiori del sistema nervoso come linguaggio, creatività, espressione, emozioni e personalità. Il cervello è la sede della coscienza e determina chi siamo come individui.

Sistema nervoso periferico

Il sistema nervoso periferico (SNP) comprende tutte le parti del sistema nervoso al di fuori del cervello e del midollo spinale. Queste parti includono tutti i nervi cranici e spinali, i  gangli e recettori sensoriali.

Sistema nervoso somatico

Il sistema nervoso somatico (SNS) è una divisione dell’SNP che include tutti i neuroni efferenti volontari. L’SNS è l’unica parte coscientemente controllata dell’SNP ed è responsabile della stimolazione dei muscoli scheletrici nel corpo.

Sistema nervoso autonomo

Il sistema nervoso autonomo (SNA) è una divisione dell’SNP che include tutti i neuroni efferenti involontari. L’SNA controlla gli effettori subconsci come il tessuto muscolare viscerale, il tessuto muscolare cardiaco e il tessuto ghiandolare.

Ci sono 2 divisioni del sistema nervoso autonomo nel corpo: le divisioni simpatiche e parasimpatiche.

• Simpatico . La divisione simpatica forma la risposta del “combattimento o fuga” del corpo a stress, pericolo, eccitazione, esercizio fisico, emozioni e imbarazzo. La divisione simpatica aumenta la respirazione e la frequenza cardiaca, rilascia adrenalina e altri ormoni dello stress e diminuisce la digestione per far fronte a queste situazioni.
• Parasimpatico . La divisione parasimpatica forma la risposta del “riposo e digestione” del corpo quando è rilassato, riposato o nutrito. Il parasimpatico lavora per annullare il lavoro della divisione simpatica dopo una situazione stressante. Tra le altre funzioni, la divisione parasimpatica lavora per ridurre la respirazione e la frequenza cardiaca, aumentare la digestione e consentire l’eliminazione dei rifiuti.

Sistema nervoso enterico

Il sistema nervoso enterico (SNE) è la divisione dello SNA responsabile della regolazione della digestione e della funzione degli organi digestivi.

Lo SNE riceve segnali dal sistema nervoso centrale attraverso entrambe le divisioni simpatica e parasimpatica del sistema nervoso autonomo per aiutare a regolare le sue funzioni.

Tuttavia, esso funziona principalmente indipendentemente dal sistema nervoso centrale e continua a funzionare senza alcun input esterno. Per questo motivo, lo SNE viene spesso chiamato “cervello dell’intestino” o “secondo cervello” del corpo.

Il sistema nervoso enterico è un immenso: qui esistono quasi tutti i neuroni così come nel midollo spinale.

Potenziali di azione

I neuroni funzionano attraverso la generazione e la propagazione di segnali elettrochimici noti come potenziali d’azione (PA).

Un PA è creato dal movimento di ioni sodio e potassio attraverso la membrana dei neuroni.

• Potenziale di riposo . A riposo, i neuroni mantengono una concentrazione di ioni di sodio al di fuori della cellula e ioni di potassio all’interno.

Questa concentrazione viene mantenuta dalla pompa sodio-potassio della membrana cellulare che pompa 3 ioni di sodio fuori dalla cellula per ogni 2 ioni di potassio che vengono pompati nella cellula. La concentrazione di ioni risulta in un potenziale elettrico a riposo di -70 millivolt (mV), il che significa che l’interno della cella ha una carica negativa rispetto all’ambiente circostante.

• Potenziale soglia. Se uno stimolo consente a ioni positivi di entrare in una regione della cellula per far sì che raggiunga -55 mV, quella regione della cellula aprirà i suoi canali di sodio voltaggio-dipendenti e permetterà agli ioni di sodio di diffondersi nella cellula. -55 mV è il potenziale di soglia per i neuroni poiché questa è la tensione “trigger” che devono raggiungere per attraversare la soglia e formare un potenziale d’azione.
• Depolarizzazione . Il sodio ha una carica positiva che provoca la depolarizzazione della cellula (carica positiva) rispetto alla sua normale carica negativa. La tensione per la depolarizzazione di tutti i neuroni è +30 mV. La depolarizzazione della cellula è il PA che viene trasmesso dal neurone come segnale nervoso. Gli ioni positivi si diffondono nelle regioni vicine della cellula, iniziando un nuovo PA in quelle regioni che raggiungono -55 mV. Il potenziale d’azione continua a diffondersi lungo la membrana cellulare del neurone fino a raggiungere la fine di un assone.
• Ripolarizzazione . Dopo aver raggiunto la tensione di depolarizzazione di +30 mV, i canali di ioni potassio voltaggio-dipendenti si aprono, consentendo la diffusione di ioni di potassio positivi fuori dalla cellula. La perdita di potassio insieme al pompaggio degli ioni di sodio fuori dalla cellula attraverso la pompa di sodio-potassio ripristina la cellula al potenziale di riposo di -55 mV. A questo punto il neurone è pronto per iniziare un nuovo potenziale d’azione.

Sinapsi

Una sinapsi è la giunzione tra un neurone e un’altra cellula. Le sinapsi possono formarsi tra 2 neuroni o tra un neurone e una cellula effettrice. Ci sono due tipi di sinapsi nel corpo: sinapsi chimiche e sinapsi elettriche.

• Sinapsi chimiche . Alla fine dell’assone di un neurone si trova una regione ingrandita nota come il terminale assonale. Il terminale assone è separato dalla cellula successiva da un piccolo spazio noto come la fessura sinaptica. Quando un PA raggiunge il terminale degli assoni, apre canali di ioni di calcio voltaggio-dipendenti. Gli ioni di calcio causano vescicole contenenti sostanze chimiche note come neurotrasmettitori (NT) per rilasciare il loro contenuto mediante esocitosi nella fessura sinaptica. Le molecole NT attraversano la fessura sinaptica e si legano alle molecole dei recettori sulla cellula, formando una sinapsi con il neurone. Queste molecole recettoriali aprono canali ionici che possono stimolare la cellula recettrice a formare un nuovo potenziale d’azione o possono inibire la cellula a formare un potenziale d’azione quando stimolata da un altro neurone.
• Sinapsi elettriche . Si formano quando 2 neuroni sono collegati da piccoli fori chiamati giunzioni gap. Queste consentono alla corrente elettrica di passare da un neurone all’altro, così che un PA in una cellula viene passato direttamente sull’altra attraverso la sinapsi.

Mielinizzazione

Gli assoni di molti neuroni sono coperti da un rivestimento di isolamento noto come mielina per aumentare la velocità di conduzione nervosa in tutto il corpo.

La mielina è formata da 2 tipi di cellule gliali: le cellule di Schwann nel SNP e gli oligodendrociti nel sistema nervoso centrale. In entrambi i casi, le cellule gliali avvolgono la loro membrana plasmatica intorno all’assone molte volte per formare una copertura spessa di lipidi. Lo sviluppo di queste guaine mieliniche è noto come mielinizzazione.

La mielinizzazione accelera il movimento dei PA nell’assone riducendone il numero di quelli che devono formare un segnale per raggiungere la fine di un assone.

Il processo di mielinizzazione inizia ad accelerare la conduzione nervosa nello sviluppo fetale e continua fino all’inizio dell’età adulta.

Assoni mielinizzati appaiono bianchi a causa della presenza di lipidi e formano la sostanza bianca del cervello interno e del midollo spinale esterno. La materia bianca è specializzata per trasportare rapidamente informazioni attraverso il cervello e il midollo spinale. La materia grigia del cervello e del midollo spinale sono i centri di integrazione non mielinizzati in cui le informazioni vengono elaborate.

Riflessi

I riflessi sono risposte veloci e involontarie agli stimoli.

Il riflesso più noto è il riflesso rotuleo, che viene controllato quando un medico tocca il ginocchio di un paziente durante un esame fisico. I riflessi sono integrati nella materia grigia del midollo spinale o nel tronco cerebrale.

Permettono al corpo di rispondere agli stimoli molto rapidamente inviando risposte agli effettori prima che i segnali nervosi raggiungano le parti coscienti del cervello. Questo spiega perché le persone spesso allontanano le loro mani da un oggetto caldo prima che si rendano conto di soffrire.

Funzioni dei nervi cranici

Ciascuno dei 12 nervi cranici ha una funzione specifica all’interno del sistema nervoso.

• Il nervo olfattivo (I) trasporta le informazioni del profumo al cervello dall’epitelio olfattivo nel tetto della cavità nasale.
• Il nervo ottico (II) trasporta informazioni visive dagli occhi al cervello.
• I nervi oculomotori, trocleari e abducenti ( rispettivamente III, IV e VI) lavorano tutti insieme per consentire al cervello di controllare il movimento e la messa a fuoco degli occhi. 
• Il nervo trigemino (V) trasporta sensazioni dal viso e innerva i muscoli della masticazione.
• Il nervo facciale (VII) innerva i muscoli del viso per fare espressioni facciali e porta informazioni di gusto dai 2/3 anteriori della lingua.
• Il nervo vestibolococleare (VIII) conduce le informazioni uditive e di equilibrio dalle orecchie al cervello.
• Il nervo glossofaringeo (IX) trasporta le informazioni del gusto dal 1/3 posteriore della lingua e aiuta nella deglutizione.
• Il nervo vago (X), a volte chiamato nervo errante a causa del fatto che innerva molte aree diverse, “vaga” attraverso la testa, il collo e il tronco. Trasporta informazioni sulla condizione degli organi vitali al cervello, fornisce segnali motori per controllare la voce e fornisce segnali parasimpatici a molti organi.
• Il nervo accessorio (XI) controlla i movimenti delle spalle e del collo.
• Il nervo ipoglosso (XII) muove la lingua per parlare e deglutire.

Fisiologia sensoriale

Tutti i recettori sensoriali possono essere classificati in base alla loro struttura e al tipo di stimolo che rilevano.

Struttura dei recettori sensoriali

Strutturalmente, ci sono 3 classi di recettori sensoriali:

1. terminazioni nervose libere
2. terminazioni nervose incapsulate
3. cellule specializzate.

1. Le terminazioni nervose libere sono semplicemente dendriti liberi all’estremità di un neurone che si estendono in un tessuto. Dolore, calore e freddo sono tutti percepiti attraverso terminazioni nervose libere. 
2. Una terminazione nervosa incapsulata è una terminazione nervosa libera avvolta in una capsula rotonda di tessuto connettivo. Quando la capsula viene deformata dal tocco o dalla pressione, il neurone viene stimolato a inviare segnali al sistema nervoso centrale.
3.  Le cellule specializzate rilevano gli stimoli dai 5 sensi speciali: vista, udito, tatto, olfatto e gusto. Ciascuno dei sensi speciali ha le sue uniche cellule sensoriali, come bastoncelli e coni nella retina per rilevare la luce per la vista.

Funzioni dei recettori sensoriali

Funzionalmente, ci sono 6 classi principali di recettori:

1. meccanorecettori
2. nocicettori
3. fotorecettori
4. chemiorecettori
5. osmorecettori
6. termocettori.

1. I meccanocettori sono sensibili agli stimoli meccanici come il tatto, la pressione, la vibrazione e la pressione sanguigna.
2. I nocicettori rispondono a stimoli quali calore estremo, freddo o danni ai tessuti inviando segnali dolorosi al sistema nervoso centrale.
3. I fotorecettori nella retina rilevano la luce per fornire il senso della vista.
4. I chemocettori rilevano le sostanze chimiche nel sangue e forniscono i sensi del gusto e dell’olfatto.
5. Gli osmorecettori monitorano l’osmolarità del sangue per determinare i livelli di idratazione del corpo.
6. I termocettori rilevano le temperature all’interno del corpo e nei suoi dintorni.