I NEURONI - Organizzazione generale del sistema nervoso - Neuroanatomia

Tutti gli organismi viventi possiedono la capacità di interagire con l’ambiente circostante: ricevendo informazioni, integrandole, ed elaborando risposte adeguate. Questo perché gli stimoli esterni che riceviamo alterano l’omeostasi dell’organismo, condizione di equilibrio che poi viene ripristinata grazie alle conseguenti risposte cellulari.

Tuttavia, a prendersi carico dell’elaborazione di queste risposte non saranno delle comuni cellule, ma un insieme di milioni e milioni di cellule altamente specializzate che forma il tanto sofisticato quanto affascinante SISTEMA NERVOSO, su cui ancora oggi, nel XXI secolo, sono moltissime le incognite. L’attività del sistema nervoso è quella di elaborare delle risposte, volontarie o involontarie, tanto nella sfera prettamente viscerale, consentendo la fisiologica attività degli organi interni (chiamata tecnicamente “attività viscerale”), quanto in quella comportamentale e affettiva, permettendo di rispondere ai più variegati stimoli esterni che possiamo ricevere (attività chiamata tecnicamente “somatica”).

Tutto il sistema nervoso però è partizionato in due distinte regioni: il sistema nervoso centrale (o nevrasse) e il sistema nervoso periferico. E ancora, dal punto di vista microscopico, una divisione in due classi cellulari: i neuroni e le cellule gliali, con funzioni complementari ma profondamente diverse tra loro. Perché mentre i neuroni generano e conducono gli impulsi elettrici (trasportando di fatto le informazioni), le cellule gliali avranno molteplici ruoli “di supporto”, svolgendo attività che vanno dal semplice nutrimento dei neuroni alla loro protezione immunitaria, e molto molto altro, (facendo sì che l’informazione possa essere trasportata nel modo più efficace ed efficiente possibile). Ed è proprio da queste due cellule, le unità microscopiche del sistema nervoso, che partiamo! Iniziando a vedere più da vicino i neuroni!

Piccolo aneddoto storico: anche la scoperta della struttura microscopica dei neuroni rientra nell’insieme delle scoperte scientifiche fatte in maniera del tutto involontaria e casuale. Lo scienziato privilegiato fu Camillo Golgi, nel 1873. La leggenda vuole che Camillo, proprio mentre stava lavorando su campioni di tessuto cerebrale proprio alla ricerca di una qualche sostanza in grado di evidenziarne la struttura microscopica, fece rovesciare per sbaglio sul suo banco di lavoro una soluzione a base di argento. Accorgendosi solo in un secondo momento di aver fatto una scoperta epocale: nasce così la famosa colorazione del Golgi, accolta con pochissimo entusiasmo dalla comunità scientifica dell’epoca.

Tuttavia, questa colorazione presentava diversi limiti importanti ancora: Golgi, infatti, non poté osservare i neuroni in maniera distinta, ma gli apparivano come un’unica trama, in continuazione gli uni con gli altri (vedeva la rete). A perfezionarla definitivamente fu il neuroanatomista spagnolo Cajal, nel 1889, modificandone un po’ la procedura e le concentrazioni: prende così vita la colorazione Golgi-Cajal, una delle tecniche più utilizzate per l’analisi del sistema nervoso alla microscopia ottica, ancor oggi utilizzata. Ed è proprio Cajal il primo a poter osservare e descrivere il neurone per la prima volta, una cellula estremamente interessante, su cui ancora oggi sono molteplici gli interrogativi sul suo completo funzionamento: basti pensare che il “linguaggio di comunicazione” dei neuroni attraverso delle piccole molecole, dette neurotrasmettitori, è stato descritto solo tra gli anni ‘30 e gli anni ‘40 del secolo scorso…

Dopo questo piccolo aneddoto, torniamo all’analisi citologica del neurone. Innanzitutto, ogni neurone è suddivisibile in tre parti, grossolanamente: un corpo cellulare, dei dendriti e un assone. Il corpo cellulare, chiamato anche soma o pirenoforo, è la porzione cellulare “vera e propria”. Al suo interno si osserva un nucleo ed un apparato proteo-sintetico altamente sviluppato. Caratteristico è l’aspetto del RER, che forma piccoli aggregati nel citoplasma, simili a sfere, detti “corpi di Nissl”. Questi, alla microscopia, conferiscono un aspetto “tigrato” al citoplasma del neurone; infatti i corpi di Nissl prendono anche il nome di sostanza tigroide.

Dal corpo cellulare poi, si dipartono numerosi prolungamenti. Quelli più brevi e molto ramificati sono detti dendriti, ed hanno la funzione di ricevere gli impulsi elettrici dai neuroni circostanti. In alcuni neuroni questi dendriti sono perfettamente lisci, in altri presentano brevi estroflessioni, dette spine, che rappresentano siti di contatto tra due neuroni. Invece, il prolungamento principale e più esteso che si diparte dal corpo è detto assone o neurite, necessario per il trasporto e la trasmissione del segnale generato nel nucleo ai neuroni successivi. Il tutto alla velocità di “solo” 400 km/h! La parte terminale dell’assone, detta “terminale assonico”, aumenta le sue dimensioni, formando il “bottone terminale”: porzione slargata in cui c’è il contatto con il neurone successivo. Ma su questo, ci torneremo tra poco, quando parleremo delle sinapsi…tenetelo bene a mente.

Dunque, mettendo un po’ tutto in ordine: il pirenoforo genera l’impulso mentre i dendriti e l’assone lo trasmettono a tutti gli altri neuroni. L’insieme dei corpi neuronali forma la cosiddetta “sostanza grigia”, mentre l’unione di tutti gli assoni forma la controparte “bianca” (colore dato dalla mielina). Insomma, all’interno del sistema nervoso, il proverbio “l’unione fa la forza” trova un riscontro indispensabile: basti pensare che un singolo neurone può stabilire circa 1 quadrilione di collegamenti! Non potrebbe esistere il sistema nervoso se le cellule non comunicassero tra loro, tanto che la sua stessa efficienza è data dal numero di comunicazioni che si stabiliscono, riducendo i tempi di reazione agli stimoli esterni, come nel fenomeno “dell’intelligenza”.

Proprio questi punti di comunicazione tra i vari neuroni prendono il nome di “sinapsi”. Pensiamo alle funzioni intellettive superiori che caratterizzano l’uomo: la memoria, il linguaggio, l’elaborazione del pensiero. Il processo di memorizzazione ad esempio, viene scoperto e studiato da Kandel sul mollusco Aplysia. Kandel rileva che a seguito di uno stimolo, ad esempio nocivo, una trasmissione sinaptica semplice col passare del tempo sfocia nel fenomeno dell’abitudine, ossia la risposta a quello stesso stimolo inizialmente sarà intensa, ma mano mano si ridurrà. Se invece si aggiunge una trasmissione sinaptica “facilitatoria”, l’intensità del segnale aumenta, la risposta si fa più intensa e viene superato il fenomeno dell’abitudine. Questo concetto di facilitazione è legato a modificazioni proprio sinaptiche ed è alla base della memoria intermedia a lungo termine, ossia quella che dura alcune settimane.

Ma le sinapsi non sono tutte uguali. Si possono classificare in base a diversi criteri: posizione del contatto, ruolo che svolgono, modalità di trasmissione dell’impulso. A seconda delle porzioni neuronali che vengono a contatto, possiamo avere: una sinapsi assoassonica, se vengono in contatto gli assoni di entrambi i neuroni; una sinapsi assodendritica, se vengono a contatto un assone di un neurone e i dendriti di un altro; una assosomatica, se vengono a contatto un assone ed un corpo cellulare; una assospinosa, in cui un assone viene a contatto con un’estroflessione di un dendrite, detta spina; infine, molto raramente, possono esistere le sinapsi dendrodendritiche, in cui vengono a contatto i dendriti di due neuroni.

Invece, in base al ruolo che svolgono, le sinapsi possono essere distinte in eccitatorie ed inibitorie. La differenza è abbastanza intuitiva: mentre le prime consentono una promozione dell’impulso, le seconde lo bloccano. Infine, in base alla modalità di trasmissione dell’impulso, le sinapsi possono essere distinte in chimiche o elettriche. Le sinapsi chimiche funzionano grazie alla liberazione di neurotrasmettitori: sostanze, di natura peptidica o steroidea, che vengono sintetizzate nel soma per essere poi accumulate in vescicole sinaptiche, pronte per essere utilizzate nel momento del bisogno. Discorso discorso và fatto per le sinapsi elettriche, molto rare nei vertebrati. Queste si basano interamente sul passaggio di un messaggio simil-elettrico sotto forma di ioni, mediante giunzioni gap. Le differenze? Mentre le prime sono più lente e trasmettono l’impulso in una sola direzione, le seconde sono più veloci e funzionano in entrambe le direzioni. In maniera più pratica: laddove è necessaria un’attività contemporanea dei neuroni, sono biologicamente necessarie delle sinapsi elettriche. Esempi li possiamo trovare nel cuore, dove è necessaria una trasmissione rapida dell’impulso per permettere una contrazione sincrona delle cellule cardiache, e nel centro inspiratorio del midollo allungato, per motivo analogo ma al livello polmonare.

Concentriamoci però sulle sinapsi chimiche, le più diffuse. Dal punto di vista strutturale, ogni sinapsi è costituita da: un neurone pre-sinaptico, che libera il neurotrasmettitore; una fessura sinaptica, ovvero un piccolissimo spazio tra i due neuroni; un neurone post-sinaptico, che capta il neurotrasmettitore e genera un nuovo impulso. Quando arriva l’impulso nervoso, le vescicole vengono trasportate dal Golgi, localizzato nel soma, alla terminazione sinaptica. Questo trasporto è detto “anterogrado” ed è reso possibile grazie alla presenza di numerosi microtubuli all’interno dell’assone, su cui torneremo tra poco. Le vescicole vengono poi liberate nella fessura sinaptica e il neurotrasmettitore si lega ai recettori del neurone post-sinaptico.

Un ruolo di primo piano nel corretto funzionamento delle sinapsi lo giocano proprio questi recettori-captatori. Infatti, è fisiologicamente necessario modulare la risposta recettoriale, per impedire che i neuroni siano sempre attivi e generino continuamente impulsi nuovi. Ecco perché, di norma, dopo aver trasmesso il segnale, intervengono diversi enzimi nella fessura sinaptica per degradare il neurotrasmettitore rimanenti, mentre alcuni trasportatori recuperano i neurotrasmettitori “in eccesso” e lo portano di nuovo nel neurone presinaptico, per riutilizzarlo. Tutto ciò nel giro di qualche millisecondo al massimo…

Però, questo è quello che di norma accade…non sempre è così. Talvolta, in seguito all’avanzare dell’età o alla presenza di alcune patologie, è possibile che la quantità di un neurotrasmettitore diminuisca, e che quindi non sia sufficiente per generare una depolarizzazione. Fenotipicamente è come se l’organismo non rispondesse più ai comandi che noi gli diamo. Immaginate quanto possa essere grave una cosa del genere…ma fortunatamente, c’è la possibilità di somministrare dei farmaci, detti “agonisti”, che mimano l’azione del neurotrasmettitore carente. Non pensate che sia un problema tanto raro. Il morbo di Parkinson (con incidenza > 50 anni di 8-18 casi per 100.000 abitanti) si basa proprio su questa problematica. Ciò che si osserva, in particolare, è una ridotta produzione di dopamina che, normalmente, dovrebbe avere una funzione eccitatoria. La dopamina ha funzioni importantissime, tra cui quella del controllo del movimento che, per l’appunto, viene a mancare nei pazienti parkinsoniani. Per alleviare i sintomi del Parkinson viene prescritta la Levodopa, precursore della dopamina in grado di attraversare la barriera ematoencefalica (viste le sue dimensioni), mimando l’attività della dopamina e generando una corretta attivazione dei circuiti sinaptici.

Ma esiste anche il caso diametralmente opposto: quello in cui si ha la produzione eccessiva di un neurotrasmettitore. In quest’altro caso, invece, viene somministrato un farmaco “antagonista”, che si lega al recettore, occupandolo, senza determinare una risposta ma rendendolo inaccessibile al neurotrasmettitore. Si tratta di una sorta di “blocco da ingombro”. Un esempio ne è la schizofrenia, patologia caratterizzata da psicosi, deliri, allucinazioni, dovuta, tra i tanti fattori, ad un'aumentata sintesi della dopamina. In questo caso, vengono utilizzati farmaci anti-psicotici, che hanno la funzione di legarsi ai recettori per le dopamina e bloccarli.

Prima di arrivare alla sinapsi però, l’impulso deve essere accuratamente trasportato dall’assone, che si trova dunque a rivestire un ruolo chiave. L’assone, che collega il pirenoforo alla sinapsi, ha la semplice funzione di raccogliere l’onda di depolarizzazione generata dal soma e trasmetterla alla stessa intensità fino alla sinapsi, inducendo poi l’esocitosi dei neurotrasmettitori etc... Ma l’efficienza di questa trasmissione dipende dalla velocità a cui viaggia questo impulso nell'assone. Anche perché, tanto più è viaggia veloce l’impulso tanto più l’assone è “isolato” dall’ambiente circostante. A compiere questo isolamento è la guaina mielinica: un particolare involucro lipidico. Questo avvolgimento, a sua volta, é dato da particolari cellule gliali: gli oligodendrociti, nel sistema nervoso centrale, e le cellule di Schwann, nel sistema nervoso periferico.

La funzione della mielina mima un po’ quella del rivestimento isolante dei fili elettrici: isolano il neurone dall’esterno e aumentano la velocità di conduzione dell’impulso. Per far ciò, l’evoluzione ha dato i suoi frutti: la guaina mielinica forma dei manicotti lipidici in alcuni punti, consentendo la depolarizzazione solo in alcuni punti scoperti, detti nodi di Ranvier, saltando da un nodo ad un altro. Immaginiamolo come una sorta di canguro che salta da un punto ad un altro senza dover toccare sempre terra. Con un po’ di fantasia, questa è la conduzione saltatoria dell’impulso nervoso!