Neuroscienze. piccolo manuale per iniziare – 01

Neuroscienze

Centro interdipartimentale B.R.A.I.N. dell’Università di Trieste – Comitato per la Promozione delle Neuroscienze

Pubblicato a cura dell’ufficio stampa e P.R. della Regione Autonoma Friuli-Venezia Giulia

 

PREFAZIONE

LE NEUROSCIENZE

Le neuroscienze sono un gruppo di discipline, molto diverse fra loro, che studiano il sistema nervoso, cioè il cervello, il midollo spinale e le reti di neuroni che sono sparsi per tutto il corpo. L’uomo contiene circa 100 miliardi di neuroni, che sono le unità funzionali del sistema nervoso. Essi comunicano fra di loro facendosi percorrere da segnali elettrici per distanze anche molto lunghe e liberando poi sostanze chimiche, chiamate neurotrasmettitori, a livello delle sinapsi, che sono strette zone di separazione fra un neurone e l’altro. Il lavoro dei neuroscienziati è rivolto a:

• descrivere il cervello ed il suo funzionamento in condizioni normali

• determinare come il sistema nervoso si sviluppi, maturi e si mantenga per tutta la vita

• trovare le strategie per prevenire o curare le devastanti patologie neurologiche ed i disordini psichiatrici che lo possono colpire.

 

Questo piccolo manuale sulle neuroscienze, vuole essere più informativo che scientifico, più divulgativo che nozionistico. I singoli capitoli sono stati scritti e disegnati da giovani amanti delle neuroscienze, curiosi ed entusiasti, che non chiedono niente in cambio, già paghi della soddisfazione e del divertimento di averlo fatto. In questo spirito, non ci sono diritti di copyright, se non intellettuale. Ogni parte del libro può essere riprodotta in qualsiasi forma e per qualsiasi scopo. L’unica richiesta è quella di rendere onore agli Autori, menzionandoli quando si utilizza il loro materiale.

 

Hanno partecipato alla stesura di questo libretto: Alberto Bianco, Andrea Brovelli, Anna Montagnini, Eleonora Vasile, Giovanni Mirabella, Laura Borgioni, Luca Ticini, Lucia Carriero, Luigi Corvetti. Ci è stata particolarmente utile, per aver letto le bozze ed averci dato buoni suggerimenti, la dott.ssa Francesca Capodanno.

Prof. P. Paolo Battaglini Responsabile del B.R.A.I.N. Presidente del Comitato per la Promozione delle Neuroscienze

Fonte di origine da citare: http://www2.units.it/~brain/Neuroscienze.pdf

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IL SISTEMA NERVOSO

CERVELLO E MIDOLLO SPINALE

Il sistema nervoso riveste un ruolo chiave nell’amministrazione del corpo di tutti gli animali. In ogni momento esso riceve ed elabora un’enorme quantità di segnali provenienti sia dall’ambiente esterno che dagli organi interni e, sulla base di tali informazioni, elabora strategie che consentono agli esseri viventi di sopravvivere e riprodursi. Questa incessante attività è particolarmente dispendiosa da un punto di vista energetico. Negli esseri umani il cervello adulto rappresenta solo il 2% del peso corporeo e tuttavia consuma oltre il 20% delle risorse energetiche dell’organismo. Quest’alto costo è compensato dalle straordinarie capacità cognitive dell’uomo che ne fanno uno degli esseri viventi più adattabili che esistano sul pianeta. L’elemento costitutivo di base del sistema nervoso è sempre lo stesso: il neurone. Tuttavia, esattamente allo stesso modo in cui usando dei tasselli di ceramica si possono costruire mosaici diversi, il sistema nervoso dei vari animali si differenzia sia per la sua struttura anatomica che per i compiti che riesce a portare a termine.

Didascalia imm. 01: Il midollo spinale è interamente racchiuso in un canale che le vertebre formano una sull’altra: il canale vertebrale. Lateralmente e fra una vertebra e l’altra, il canale vertebrale è dotato di aperture che consentono il passaggio dei nervi spinali. Fra un corpo vertebrale e l’altro esiste un cuscinetto fibroso (il disco intervertebrale) con al centro un nucleo relativamente più molle, che consente loro un certo grado di mobilità e funge da ammortizzatore.

Le differenze più evidenti sono quelle esistenti tra i vertebrati (pesci, anfibi, rettili, uccelli e mammiferi) e gli invertebrati (insetti, molluschi, vermi, e così via). Gli invertebrati hanno un sistema nervoso relativamente semplice che consente per lo più reazioni stereotipate a stimoli esterni (con la notevole eccezione dei molluschi che sono in grado di apprendere soluzioni a problemi relativamente complessi). Ciò non significa che questi animali siano “inferiori”, anzi nella maggioranza dei casi rispondere velocemente senza pensare è un sistema molto efficace sia per sfuggire ai predatori che per catturare le prede. I vertebrati hanno invece evoluto un sistema nervoso molto più “malleabile” nei confronti delle informazioni apprese nel corso della loro vita.

# Didascalia imm. 02. Il liquido cerebrospinale fa da cuscinetto attutendo i colpi che accidentalmente l’animale riceve sulla testa o sul tronco, distribuendone l’impatto su tutta la superficie del cervello.

Quindi in questi animali accanto ai comportamenti istintivi, che non spariscono affatto, si affiancano comportamenti appresi dalla nascita all’età adulta. Dal momento che noi siamo dei vertebrati, abbiamo scelto di descrivere questo tipo di sistema nervoso soffermandoci, con un pizzico di partigianeria, su quello dei mammiferi. Il sistema nervoso di tutti i vertebrati, da quello dei pesci a quello dell’uomo, può essere suddiviso in due parti: il sistema nervoso centrale e il sistema nervoso periferico. Con una certa approssimazione si può dire che quest’ultimo rappresenta l’interfaccia del sistema nervoso centrale con il mondo esterno. Il sistema nervoso periferico include tutti i nervi e tutti i gangli, ovvero tutti quei raggruppamenti di neuroni che stanno sparsi nel corpo al di fuori della colonna vertebrale. Esso è formato da una componente sensoriale e da una componente motoria. L’insieme dei nervi sensoriali trasmette al sistema nervoso centrale sia le sensazioni che provengono dai visceri che quelle provenienti dagli organi sensoriali. Diversamente, gli ordini emanati da quest’ultimo vengono inviati tramite i nervi motori. La componente motoria viene ulteriormente distinta nel sistema nervoso somatico, comprendente i nervi che vanno ai muscoli, e nel sistema nervoso autonomo, formato dai nervi che vanno agli organi interni e che sono correlati al controllo di funzioni involontarie. A sua volta il sistema nervoso autonomo è formato da due sistemi, quello simpatico e quello parasimpatico, che hanno effetti opposti sugli organi interni. L’attivazione del sistema simpatico prepara all’azione: la frequenza cardiaca aumenta, i polmoni si dilatano per fornire più ossigeno, la digestione è inibita, viene stimolata la secrezione di adrenalina. Al contrario, l’attivazione del sistema parasimpatico consente le funzioni di mantenimento dell’organismo: la frequenza cardiaca si abbassa, la digestione viene attivata e il soggetto spesso cade in uno stato di torpore. Il sistema nervoso centrale dei mammiferi è formato da tre regioni: il midollo spinale, il cervello ed il cervelletto.

Didascalia imm. 03: Il cervello, nell’uomo, pesa circa 1300 – 1400 grammi ed è fatto da circa 100 miliardi di neuroni. La superficie corticale è dotata di profondi solchi, che separano le circonvoluzioni, al fine di aumentarne la superficie. L’aspetto esteriore è diverso da individuo a individuo (come diversa è la faccia di ciascuno), ma molti dei solchi sono sempre presenti e consentono la suddivisione del cervello in lobi.I lobi prendono il nome dalle ossa della scatola cranica sotto cui si trovano: lobo frontale, davanti, parietale in alto ed al centro, occipitale dietro e temporale in basso.

Il midollo spinale è contenuto interamente nella colonna vertebrale, mentre le altre strutture si trovano all’interno della scatola cranica. Non è affatto un caso che il sistema nervoso centrale sia racchiuso da un involucro possente. Le sue parti sono infatti molto delicate e siccome, specie in età adulta, la capacità di rigenerazione del tessuto nervoso è molto limitata, la sua integrità deve essere preservata da possibili traumi. Non è questa l’unica protezione: infatti, l’intero sistema nervoso centrale è “immerso” in un fluido incolore chiamato liquido cerebrospinale. Questo liquido fa da cuscinetto attutendo i colpi che accidentalmente l’animale riceve sulla testa o sul tronco, distribuendone l’impatto su tutta la superficie del cervello. Le varie regioni del sistema nervoso svolgono compiti diversi e, in un certo senso, complementari. Il midollo spinale è la principale via di comunicazione fra il cervello ed il sistema nervoso periferico.

Al midollo afferiscono tutte le informazioni sensoriali provenienti dalla pelle, dai visceri, dai muscoli e dalle articolazioni del tronco e degli arti. Dal midollo, nascono le fibre motorie che giungono ai muscoli e che controllano i movimenti volontari.   Il cervello è formato da diverse parti: il bulbo, il ponte ed il mesencefalo, che presiedono al controllo delle funzioni vegetative (ad esempio modulano la frequenza del battito cardiaco e determinano quella respiratoria); il diencefalo, formato dall’ipotalamo, con il ruolo di mantenere costante “l’ambiente interno” del corpo (cioè di mantenere attorno a certi valori ottimali caratteristiche come la temperatura corporea e la concentrazione di alcune sostanze sciolte nel sangue), e dal talamo, attraverso il quale passano tutte le informazioni dirette alla corteccia cerebrale. Infine gli emisferi cerebrali. Sono due, sono approssimativamente uguali e, nell’uomo, ricoprono quasi tutte le altre parti del cervello. La superficie degli emisferi è rivestita dalla corteccia cerebrale, che specialmente nell’uomo presenta un gran numero di fessure, dette solchi, e di convessità, detti giri. Ogni emisfero è ulteriormente suddiviso in quattro lobi principali, separati da fessure profonde: il lobo frontale, il lobo parietale, il lobo temporale e il lobo occipitale. A loro volta i lobi possono essere divisi in un gran numero di aree cerebrali ognuna delle quali è specializzata per una certa funzione. Le aree possono essere suddivise in sensoriali primarie (le prime a ricevere i messaggi dalle vie sensoriali ascendenti), sensoriali secondarie (compiono ulteriori analisi sui segnali in ingresso), motorie (generano e controllano i movimenti volontari) e polimodali (combinano segnali sensoriali provenienti da diversi sistemi e danno il via alla preparazione di un atto motorio o ad altre funzioni cognitive).

Principali differenze funzionali fra i due emisferi cerebrali

EMISFERO SINISTRO

• Comunicazione verbale

• Elaborazione verbale e simbolica dell’emozione

• Elaborazione analitica delle immagini

• Esecuzione di sequenze motorie complesse

• Percezione dei suoni ad alta frequenza

• Elaborazione dell’informazione con alta frequenza temporale

• Riconoscimento dei volti

• Esecuzione di sequenze motorie apprese volontariamente

• Elaborazione e memorizzazione a “modelli”, ad esempio A+B=C

EMISFERO DESTRO

• Comunicazione non verbale (gesti ed espressioni)

• Capacità visuo-spaziali: percezione della profondità, localizzazione spaziale, identificazione di figure geometriche complesse

• Conoscenza spaziale del proprio corpo e del suo inserimento nell’ambiente

• Percezione ed elaborazione globale delle immagini

• Percezione della tonalità e modulazione della voce

• Percezione dei suoni a bassa frequenza

• Discriminazione dell’espressione del viso

• Elaborazione dell’informazione con bassa frequenza temporale

• Apprendimento associativo non cosciente

 

Nella figura è schematizzata l’estensione delle aree motorie e sensitive primarie in tre diversi cervelli animali (non riprodotti in scala). L’estensione relativa (rispetto all’intero cervello) non cambia molto, ma la grossa differenza fra il cervello dell’uomo e quello degli altri animali è l’enorme aumento in superficie delle aree associative e polimodali, soprattutto nel lobo frontale, ma anche nel temporale e nel parietale. Nel corso dell’evoluzione dei mammiferi c’è stato un progressivo aumento del volume del cervello soprattutto in virtù della crescente estensione della corteccia cerebrale. Tuttavia non vi è stato un corrispondente aumento del volume della scatola cranica. Per “guadagnare” spazio, la corteccia si è ripiegata su se stessa, formando solchi e giri. L’aspetto che ne risulta dall’esterno è un po’ come quello del guscio di una noce, anche se le irregolarità sono in proporzione più marcate. Questa progressione evolutiva la si può intuire osservando il cervello di diverse specie di mammiferi attualmente esistenti. L’espansione della corteccia non è stata omogenea nel senso che ciò che si è ampliato sono le aree polimodali, quelle frapposte tra le aree sensoriali e le aree motorie, ovvero tra l’input e l’output. L’incredibile espansione di questi settori della corteccia sta ad indicare che gli animali più “evoluti” possono elaborare le informazioni più a lungo e più approfonditamente prima di produrre una risposta.

I NEURONI

Il cervello umano è composto da un enorme numero di cellule, chiamate neuroni: ce ne sono circa 100 miliardi, un numero paragonabile a quello delle galassie esistenti nell’universo. A loro volta tali cellule sono connesse le une alle altre secondo schemi specifici e molto complessi. L’organizzazione del cervello è quindi estremamente complicata, ma le sue componenti strutturali sono cellule, ovvero entità analoghe a quelle che si trovano in ogni altra parte del corpo. E tali cellule funzionano esattamente come in tutti gli altri organi del corpo, ma nel cervello l’interazione produce qualcosa di straordinario: la visione, la memoria e tutte le altre funzioni mentali. Quello dell’interazione è un punto fondamentale. Infatti, presi singolarmente, i neuroni non sono in grado di espletare alcuna funzione cognitiva, nemmeno la più elementare. Non esistono neuroni in grado di vedere, di ricordare o di pensare. Non sono cioè i singoli componenti a fare del cervello l’eccezionale organo che è. Ma allora? L’ipotesi più accreditata è che le operazioni cognitive più elementari, da cui poi discendono quelle più complesse, siano il frutto delle interazioni dinamiche di insiemi neuronali o reti. A supporto di questa teoria, è stato dimostrato che le proprietà dell’insieme sono molto di più della semplice somma delle proprietà delle singole cellule. I neuroni sono le cellule più vecchie e più lunghe dell’organismo. I neuroni si mantengono per tutta la vita: le altre cellule, anche da adulte, muoiono e vengono rimpiazzate, ma questo non si verifica per i neuroni. Da vecchi, però, abbiamo meno neuroni che da giovani, ma quelli che sono rimasti sono comunque gli stessi di quando eravamo piccoli. Ciò nonostante, almeno in una regione del cervello (l’ippocampo), nuovi neuroni possono crescere nell’uomo adulto. I neuroni possono essere anche molto grandi. In alcuni casi, come per i neuroni corticospinali (che si portano dalla corteccia motoria al midollo spinale), i motoneuroni o i neuroni afferenti primari (come quelli che portano informazioni dalla pelle al midollo spinale ed al tronco dell’encefalo), si possono raggiungere lunghezze di diverse decine di centimetri, fino al metro e più!

La forma dei neuroni

Le cellule nervose sono elementi altamente specializzati nel captare e inviare messaggi. La loro forma testimonia la vocazione di queste cellule alla comunicazione: dal corpo cellulare di ogni neurone si diparte un grandissimo numero di diramazioni lunghe e ramificate che gli consentono di entrare in contatto con molti altri neuroni. In media ciascun neurone comunica direttamente con circa 1000 altri neuroni: moltiplicando per il numero di cellule nervose, si può stimare che nel cervello vi siano circa 100.000 miliardi di contatti. Bastano queste cifre astronomiche per spiegare le funzioni cerebrali? No! Se i contatti fossero stabiliti casualmente, infatti, di certo non saremmo in grado di leggere questo libretto e di fare molte altre cose. Il “piano di cablaggio” dei neuroni ha una precisa organizzazione che si stabilisce nel corso dello sviluppo, ma che può essere modificata anche nel corso dell’età adulta. Le ramificazioni dei neuroni si distinguono in due categorie: dendriti e assoni. I dendriti, che possono essere numerosissimi, sono le porte d’ingresso dei segnali nervosi, mentre l’assone (ogni neurone ne possiede uno solo) è il canale d’uscita. I messaggi viaggiano sempre in un’unica direzione: vengono captati dai dendriti, si propagano sino al corpo cellulare e vengono convogliati nell’assone. Una volta raggiunta la fine dell’assone, i segnali nervosi passano da una cellula all’altra a livello di una struttura estremamente specializzata chiamata sinapsi, della quale parleremo in un altro capitolo. La morfologia dei neuroni del cervello di un mammifero è molto eterogenea: si possono annoverare circa 1000 tipi di neuroni diversi, che vengono distinti a seconda della loro forma e del tipo e quantità di ramificazioni. I neuroni unipolari, che rappresentano la forma più primitiva di cellula nervosa, sono tipici del sistema nervoso degli invertebrati. Hanno un solo prolungamento che ha sia la funzione di ricevere che di trasmettere segnali. I neuroni bipolari hanno due prolungamenti: uno è il dendrite, l’altro è un assone. Nei mammiferi adulti questo tipo di cellule sono presenti nell’epitelio olfattivo, nella retina e nel midollo spinale. I neuroni multipolari sono quelli più comuni nel sistema nervoso dei mammiferi. Essi hanno molti dendriti ed un solo assone, il quale può dar origine a numerosi rami collaterali. La configurazione dei rami dendritici può essere molto varia. (1) Nei motoneuroni del midollo spinale le cellule che innervano i muscoli scheletrici, cioé i dendriti, originano da tutta la superficie del corpo e sono relativamente pochi. (2) Nelle cellule piramidali i dendriti nascono dagli apici del corpo cellulare. (3) Infine in un tipo di neurone che si trova nel cervelletto, chiamato cellula di Purkinje, i dendriti si dispongono in un unico verso, ricordando i rami di un albero. L’enorme numero di dendriti suggerisce che le cellule di Purkinje sono in grado di ricevere una grande quantità di informazioni. I neuroni (le cellule nervose) hanno diverse forme e dimensioni. I neuroni più piccoli sono grandi solo 4 micron, mentre quelli più grandi posso arrivare a 100 micron (un micron corrisponde a un millesimo di millimetro

 

Per più di 100 anni si è detto che, una volta raggiunta l’età adulta, la vita del cervello è tutta in caduta. Non si fanno nuovi neuroni dopo la nascita, è stato detto, e li perdiamo soltanto, probabilmente ad una velocità di un milione al giorno. Così, quando nel 1998 Henriette van Praad, al Salk Institute (USA), ha visto i risultati dei suoi esperimenti è corsa fuori dal laboratorio a comprarsi un paio di scarpe da ginnastica, sperando che quella vecchia convinzione fosse sbagliata. La ragione del suo ottimismo derivava dall’aver appena scoperto che i ratti adulti che si allenano correndo su un tappeto ruotante producevano nuovi neuroni ad una velocità incredibilmente superiore che nei ratti sedentari. Lavorando nello stesso laboratorio dove appena un anno prima Fred Gage aveva dimostrato per la prima volta che l’uomo adulto può produrre nuovi neuroni, Henriette ha sperato di poter aumentare i propri, magari potenziando anche le proprie capacità intellettive, correndo. Molti scienziati oggi pensano che potrebbe avere ragione, specialmente alla luce di nuove ricerche che hanno dimostrato che i neuroni appena nati nel cervello dei ratti adulti sono fondamentali per aumentare la memoria. La scoperta fa seguito a quelle succedutesi negli ultimi 15-20 anni che hanno rivelato come il cervello sia, a livello cellulare, molto malleabile e modifichi costantemente le proprie connessioni interne. Si è visto che l’apprendere nuove abilità si associa allo sviluppo di nuovi contatti (sinapsi) fra i neuroni, potenziando così la capacità di comunicazione fra le cellule: il cervello, insomma, si costruisce sulla base dell’esperienza. Mentre l’abilità di rimodellare le proprie connessioni interne è ormai un principio certo alla base della memoria e dell’apprendimento, le nuove scoperte degli ultimi 3-5 anni indicano che il cervello ha una seconda possibilità per migliorare le proprie prestazioni: formare nuovi neuroni ed aumentare, così, enormemente le propie capacità di elaborazione. Fino ad oggi sono due le zone del cervello dove è stata dimostrata una crescita significativa di neuroni: il bulbo olfattivo e l’ippocampo. Quest’ultimo gioca un ruolo estremamente importante nella regolazione della memoria, dell’apprendimento e delle emozioni. La scienza, però, ha il palato difficile e sono ancora necessarie delle prove inequivocabili che l’esercizio fisico o qualsiasi altra cosa, come nuove esperienze, possano effettivamente far moltiplicare i neuroni nel cervello adulto ed aumentarne la memoria. E bisogna ancora dimostrare che anche altre regioni, al di fuori del bulbo olfattivo e dell’ippocampo, abbiano questa capacità. Quest’ultimo punto è, probabilmente, solo questione di tempo: la sperimentazione animale e l’adozione di sofisticate tecniche di indagine (grazie alla quantità di denaro che i risvolti economici di queste ricerche riescono a mobilitare) stanno portando a ritenere che si possa avere neurogenesi anche nella corteccia cerebrale e, forse, in altre regioni sottocorticali. Gli psichiatri sanno da tempo che l’esercizio fisico può aiutare le persone ad uscire da uno stato di depressione e ora i neuroscienziati stanno scoprendo la base strutturale di tale fenomeno. Ci sono anche prove preliminari che alcuni farmaci antidepressivi, come il Prozac, possano in parte esercitare la loro azione favorendo la formazione di un maggior numero di neuroni. Queste informazioni propongono un concetto completamente nuovo sulla depressione: che gran parte di essa sia dovuta a processi che deprimono la neurogenesi, mentre la guarigione potrebbe essere dovuta a fattori che la potenziano. Il fatto che l’arricchimento delle esperienze ambientali possa drasticamente modificare l’entità della popolazione neuronale ed il suo modo di funzionare può anche spiegare perché, dopo la menopausa, le donne in terapia con estrogeni sembrano mantenere meglio la loro acutezza mentale e perché le persone che fanno cruciverba, leggono molto o sono coinvolte in altre forme regolari di ginnastica mentale abbiano gli stessi benefici. D’altra parte si potrebbe anche capire perché un ambiente monotono e poco stimolante incupisca e renda meno reattive le persone e perché l’Alzheimer sia più frequente nelle persone con più basso livello di scolarizzazione. Queste nuove ricerche potrebbero anche spiegare perché una buona notte di sonno sia così importante per l’apprendimento: si dà più tempo ai nuovi neuroni di stabilire nuove connessioni nelle regioni del cervello dove la memoria viene depositata. Queste sono solo alcune delle fantastiche possibilità che derivano dalla recente scoperta che le persone producono nuovi neuroni per tutta la vita, forse migliaia al giorno, e che ciò dipende dalla loro attività fisica e mentale. I ricercatori stanno lavorando affinché queste scoperte portino a metodi semplici per potenziare la capacità del cervello a produrre nuovi neuroni, per migliorare l’apprendimento e la memoria, riparare i danni dovuti a infarti o traumi, prevenire o curare la malattia di Alzheimer, il morbo di Parkinson e altre patologie neurodegenerative.

Il potenziale di riposo

Come comunicano i neuroni? Tramite segnali che, indipendentemente dal loro contenuto, sono tutti della stessa natura, ovvero sono segnali elettrici. Siamo quindi delle centrali elettriche? In qualche modo è proprio così. Tutte le cellule del nostro organismo sono immerse in un liquido formato da acqua e sali, dal quale sono isolate grazie alla membrana cellulare che le circonda. Sia nel liquido esterno che in quello presente all’interno del neurone vi sono diversi tipi di molecole elettricamente cariche: gli ioni. Alcuni ioni hanno una carica positiva mentre altri hanno una carica negativa. Gli ioni più rappresentati sono gli ioni sodio (Na+), potassio (K+), calcio (Ca++) e cloro (Cl-) e, solo all’interno della cellula, vi sono alcune proteine che hanno carica negativa. In condizioni di riposo, ovvero quando la cellula non invia alcun messaggio ad altri neuroni, vi è uno squilibrio nella distribuzione delle cariche elettriche fra i versanti esterno ed interno della membrana, tale che l’interno del neurone è elettricamente negativo rispetto all’esterno (il K+ è più concentrato all’interno, mentre il Na+ e il Ca++ sono più concentrati all’esterno). Questa differenza fissa, detta potenziale di riposo, si aggira, per quasi tutti i neuroni, attorno ai -70 millivolt. La diversa distribuzione ionica viene creata e mantenuta nel tempo dall’azione di particolari proteine della membrana cellulare, chiamate “pompe ioniche”, presenti nella membrana. Queste pompe spingono gli ioni nella direzione opposta a quella naturale. La più diffusa nel sistema nervoso è la pompa sodio-potassio. Essa spinge tre molecole di sodio all’esterno della cellula e due molecole di potassio all’interno. In tal modo il versante citoplasmatico della cellula diviene più negativo del versante esterno. Per far ciò, le cellule devono spendere dell’energia. Si è calcolato che le pompe ioniche potrebbero essere responsabili di circa il 70% del fabbisogno energetico del cervello. Il potenziale d’azione L’arrivo di un messaggio provoca un flusso di ioni che modifica la differenza di potenziale tra i due versanti della membrana cellulare. Se tale differenza aumenta, ovvero se il potenziale diviene più negativo, si dice che la membrana si iperpolarizza. Viceversa se la differenza di potenziale tra il versante interno ed esterno della membrana diminuisce, si dice che la membrana si depolarizza. Le correnti iperpolarizzanti o depolarizzanti che vengono generate nei dendriti si propagano, attraverso il corpo cellulare, sino a raggiungere la porzione iniziale dell’assone. Qui i segnali ricevuti dai vari dendriti del neurone vengono sommati algebricamente e, se il computo finale è quello di una corrente che depolarizza la membrana cellulare dell’assone, tanto da raggiungere il cosiddetto valore di soglia (che in molti neuroni si aggira attorno ai -55 millivolt), si innesca un impulso nervoso o potenziale d’azione. Al contrario se tale valore critico non viene raggiunto il potenziale non viene generato. La genesi del potenziale è dovuta allo scambio di ioni attraverso due tipi di canali ionici molto particolari: i canali voltaggio-dipendenti per il sodio (Na+) e per il potassio (K+). Quando il versante interno della membrana diviene meno negativo, ovvero si depolarizza, questi canali si aprono lasciando passare i relativi ioni. I canali del Na+ si aprono per primi permettendo l’ingresso dei relativi ioni. Poiché, grazie all’azione delle pompe ioniche, gli ioni Na+ sono più concentrati all’esterno della cellula e inoltre il versante interno della cellula è negativo, la spinta ad entrare è enorme ed in breve il flusso ionico diviene così cospicuo da far diventare il versante interno della membrana, ove si sono aperti i canali, più positivo di quello esterno. Quando un neurone non sta producendo segnali, si dice che è “a riposo”. Quando un neurone è a riposo, il suo interno è negativo rispetto all’esterno. Anche se le diverse concentrazioni ioniche ai due lati della membrana cercano di bilanciarsi, ciò non avviene, in quanto la membrana cellulare consente il passaggio solo di alcuni ioni, attraverso canali specializzati. Oltre ai canali selettivi, la membrana cellulare è dotata anche di pompe che consumano energia per spostare 3 ioni sodio fuori dal neurone ogni 2 ioni potassio che vengono portati dentro. Dopo un po’ questo processo si arresta, in quanto i canali del Na+ si chiudono spontaneamente impedendo che la depolarizzazione continui ulteriormente. Quasi contemporaneamente si aprono i canali del K+ e i corrispondenti ioni fluiscono copiosamente verso l’esterno della cellula (sia in virtù del fatto che sono più concentrati al suo interno che in virtù del fatto che in questo momento il versante cellulare della membrana è positivo). Gli ioni K+ continuano ad entrare sino a quando il potenziale di membrana torna al valore di riposo. L’intero processo dura uno o due millisecondi in tutto.

LA GLIA

Quando si parla di cervello si comincia subito a pensare ai neuroni ed alle loro reti di comunicazione. È vero, il cervello e il sistema nervoso funzionano perché i neuroni parlano tra loro, si toccano si scambiano informazioni svolgendo il ruolo di regista nella commedia della vita. Ma che cosa ne sarebbe se venisse a mancare la GLIA? Mentre la microglia occupa un posto a sé, nel gruppo della macroglia sono inclusi gli astrociti, le cellule di Schwann e gli oligodendrociti. E chi è la GLIA? Chi è la GLIA??!!, direbbe qualcuno. La glia è l’amica dei neuroni o meglio, si tratta di una serie di amiche che supportano, consigliano, nutrono, lavano e stirano, e qualche volta puliscono casa. Ma cominciamo dall’inizio. Le cellule gliali sono delle cellule non neuronali classicamente suddivise in due gruppi principali, microglia e macroglia. Forse poche persone conoscono gli oligodendrociti e le cellule di Schwann, ma sicuramente tutti avranno sentito nominare la sclerosi multipla. Questa è una malattia del sistema nervoso in cui si ha la perdita della mielina e la conseguente incapacità, da parte dei neuroni, a condurre il segnale elettrico. La mielina è prodotta proprio dalle cellule gliali, ma a cosa serve e cos’è la mielina? Ormai siamo abituati ad immaginare l’assone come un cavo elettrico, ma come potrebbe funzionare un conduttore senza la sua guaina di gomma? Disperderebbe tanta di quella di corrente che probabilmente non saremmo capaci di registrare alcun segnale alla sua estremità. Perciò, ritornando al neurone, la sinapsi non sarebbe capace di rilasciare il neurotrasmettitore: la mielina rappresenta proprio la guaina di gomma dell’assone. Nel sistema nervoso centrale ogni oligodendrocita abbraccia più neuroni che vi si avvolgono sopra con più giri. Nel sistema nervoso periferico la stessa funzione è svolta dalle cellule di Schwann che, da brave “monogame”, abbracciano e avvolgono un solo assone. È stato calcolato che mentre le fibre mielinizzate conducono il segnale alla velocità di circa 100 metri/secondo, quelle senza la mielina conducono ad una velocità di circa 1 metro/secondo e se pensate che alcuni nervi sono lunghi anche più di un metro… provate ad immaginarne l’effetto di fronte ad un cane inferocito.

La glia differisce dai neuroni per diversi aspetti:

• i neuroni hanno due tipi di processi: la glia ne ha uno solo

• i neuroni possono generare potenziali d’azione: le cellule gliali no, ma hanno un potenziale di riposo

• i neuroni hanno sinapsi che usano neurotrasmettitori: le glia non ha sinapsi chimiche

• i neuroni non continuano a dividersi (non quelli “maturi, almeno): le cellule gliali sì

• ci sono molte più cellule gliali che neuroni (almeno 10 – 50 volte di più).  

Le cellule microgliali sono delle piccole cellule gliali che svolgono un pò la stessa funzione dei macrofagi, che sono alcune cellule del sistema immunitario. Generalmente sono quiescenti e pochine, ma in seguito ad un danno cerebrale (tumore, Alzheimer, sclerosi multipla) scattano dei meccanismi molto simili a quelli infiammatori, che fanno sì che la microglia si incammini verso il sito danneggiato, rilasci delle sostanze “medicamentose” e spazzi via dal campo di battaglia, fagocitandoli, i frammenti di cellule morte. Le altre cellule non neuronali che mancano al nostro appello sono gli astrociti, delle cellule stellate (da qui la parola astrocita) che collaborano in stretto contatto con i neuroni. Uno dei loro compiti è quello di interporsi tra il sistema nervoso centrale (cervello e midollo spinale) e il sangue trasportato nei vasi, formando una sorta di filtro, la barriera ematoencefalica (BEE). Gli astrociti inviano delle propaggini che provvedono a tappare i “buchi” dei capillari e a filtrare il sangue impedendo a molecole troppo grandi, cellule, farmaci, molecole poco liposolubili (ricordiamoci che le membrane delle cellule sono fatte soprattutto di grassi) di entrare nel cervello. Tuttavia la BEE può rompersi in condizioni particolari, come quelle infiammatorie, e così permette il passaggio di molte sostanze, utili e non. Ma se una sostanza potenzialmente tossica entra nel nostro organismo, come fa il cervello a decidere di farla fuori? Ci sono alcune zone che non sono protette dalla BEE, tra queste c’è il centro del vomito: se una sostanza tossica entra in circolo stimolerà il centro del vomito che stimolando a sua volta il vomito permetterà l’eliminazione della sostanza dannosa. Altri compiti degli astrociti sono di fornire nutrimento e sostegno meccanico ai neuroni, di collaborare con la microglia nella pulizia e nel rilascio di sostanze infiammatorie (citochine) e fattori di crescita. Inoltre essi sono molto importanti nella regolazione della trasmissione sinaptica: recentemente è stato scoperto che possiedono dei recettori per i neurotrasmettitori, proprio come i neuroni, che permettono loro di assorbire il neurotrasmettitore in eccesso regolando la comunicazione tra neuroni. Non solo, il neurotrasmettitore rilasciato dai neuroni (l’effetto del glutammato è quello più studiato) fa in modo che gli astrociti possano rilasciare calcio nell’ambiente circostante, in modo che questo stimoli altri astrociti ed il segnale al calcio si propaghi come un “olà” in uno stadio di… calcio appunto, e le onde “calcistiche” fanno sì che gli astrociti rilascino glutammato che va a sua volta a stimolare il neurone. Anche se queste sono solo alcune delle funzioni degli astrociti e di tutte le cellule gliali, è facile notare che da quando si pensava che le cellule gliali avessero solo un ruolo di supporto per i neuroni (glia deriva proprio da una parola greca che significa colla) se ne è fatta di strada. Tuttavia, la glia rimane ancora un po’ misteriosa e c’è molto ancora da fare e da studiare per comprendere il suo ruolo e magari, perché no, poterla anche sfruttare a fini terapeutici, ma su questo ritorneremo quando parleremo delle cellule staminali.

 

Una delle storie più controverse del pensiero umano è quella di immaginare come faccia l’uomo a pensare. Nel ventesimo secolo i neuroscienziati proposero una teoria secondo la quale i protagonisti del pensiero erano i neuroni. I neuroni si connettono fra loro a formare reti complicate, inviando e ricevendo segnali sotto forma di un’intelligente combinazione di messaggi elettrici e chimici. Ogni neurone riceve migliaia di messaggi dai suoi vicini e decide se inviarne o meno di suoi. Anche se i neuroni sono effettivamente i principali attori della storia dell’attività nervosa, essi sono enormemente superati, in numero, dai loro attendenti: le cellule gliali. La glia fornisce il supporto meccanico, le sostanze nutritive ed è sempre lì intorno ad assistere i neuroni che si parlano fra loro. Successivamente, però, gli scienziati hanno scoperto che le cellule gliali fanno molto di più che stare a guardare: sono coinvolte direttamente nella comunicazione fra i neuroni e, a volte, possono influenzarla. Secondo la neurobiologa Fiona Doetsch di Harward (USA), “Le cellule gliali sono fra le cellule più intriganti e misteriose del cervello”. Fiona è fra i ricercatori che hanno recentemente dimostrato che alcune cellule gliali possono trasformarsi in neuroni. Gli scienziati avevano già trovato, nel cervello, riserve di “cellule staminali” che potevano diventare neuroni; ora l’identità di quelle cellule è stata scoperta: si tratta di glia. Alcuni ricercatori hanno focalizzato la loro attenzione sul cervello in via di sviluppo di animali molto giovani, dove le cellule “radiali” della glia emettono prolungamenti che servono come una sorta di binari per guidare i neuroni neoformati verso la loro posizione definitiva nel cervello adulto. Questi scienziati hanno scoperto che i progenitori dei nuovi neuroni sono le stesse cellule radiali della glia. Le cellule radiali della glia non si trovano nel cervello adulto, ma ciò è perché esse poi maturano formando gli astrociti, che sono solo un altro tipo di glia. La dott.ssa Doetsch ed altri hanno ora dimostrato che, in almeno due regioni del cervello, anche gli astrociti possono diventare neuroni. Se fosse vero che molti o tutti gli astrociti possono diventare (o essere indotti a diventare) neuroni, potrebbero essere sviluppate strategie rivoluzionarie per il trattamento delle patologie cerebrali dovute a eccessiva morte dei neuroni, quali la malattia di Alzheimer. Al momento, però, la ricerca scientifica ha solo scoperto una nuova funzione degli astrociti: quella di dare origine a nuovi neuroni. Molto deve ancora essere fatto per capire come ciò avvenga e come, eventualmente, possa essere influenzato.

I SENSI

Tutte le nostre sensazioni, da quelle uditive a quelle tattili a quelle dolorose, dipendono da cellule specializzate a captare e tradurre le diverse energie degli stimoli in un unico linguaggio: i recettori. Ad esempio i fotorecettori della retina convertono l’energia luminosa mentre i recettori tattili della cute convertono l’energia meccanica degli stimoli tattili. Esistono naturalmente recettori per le sensazioni dolorifiche, recettori per i segnali uditivi e così via. Tecnicamente questo processo di conversione viene chiamato “trasduzione”. Una volta che le varie energie vengono tradotte, ciò che viene fatto circolare nel cervello è sempre lo stesso tipo di segnale elettrico. Ma allora perché non ci si confonde? Perché l’aroma di un vino passito non viene scambiato per una sinfonia di Mozart? Ciò dipende dalle connessioni che le cellule sensoriali stabiliscono con zone specifiche del cervello, ovvero la natura di un segnale sensoriale è determinata dai “legami” che i recettori specializzati formano con le diverse aree cerebrali. Ad esempio l’area visiva primaria riceve, attraverso diverse tappe, afferenze dalla retina ed elabora quindi sensazioni visive. In maniera analoga la corteccia uditiva primaria riceve afferenze dalla coclea, l’organo sensoriale che trasduce i suoni in impulsi elettrici, ed è perciò specializzata nell’analisi di sensazioni uditive. L’importanza delle connessioni nel determinare la funzionalità di una certa area è sottolineata dal fatto che la corteccia cerebrale ha la medesima struttura anatomica in tutte le regioni del cervello, dal lobo occipitale a quello frontale. Quindi aree cerebrali che compiono elaborazioni anche molto diverse hanno una struttura simile.

LA REALTÀ “VIRTUALE” DEL NOSTRO CERVELLO

È proprio tutto vero quello che noi vediamo o sentiamo? Incredibilmente non è così! Prendiamo ad esempio il sistema visivo. Quante volte è capitato di imbattersi in un’illusione visiva? Sicuramente più d’una. Le rappresentazioni mentali delle scene visive che il nostro cervello crea non sono affatto analoghe ad immagini fotografiche. Quando scattiamo una foto imprimiamo la luce riflessa dagli oggetti presenti nella scena visiva su una pellicola, che riproduce fedelmente tutto ciò che è stato inquadrato dal fotografo. Al contrario, la visione è un processo attivo, nel quale gli stimoli luminosi che attivano le cellule fotosensibili della retina vengono trasformati in rappresentazioni mentali a tre dimensioni. Quando camminiamo, le dimensioni, la forma e la luminosità delle immagini retiniche degli oggetti che incontriamo cambiano continuamente, tuttavia la nostra percezione degli oggetti non cambia. Se un treno ci viene incontro, noi sappiamo benissimo che non si sta improvvisamente ingrandendo, anche se la sua immagine sulla retina sta effettivamente diventando più grande. Quindi il nostro cervello opera dei cambiamenti sul segnale sensoriale, che ci permettono di cavarcela nella maggior parte delle situazioni. Tuttavia il sistema visivo può essere ingannato, come dimostrano le illusioni ottiche. È forse mal progettato? In realtà non si tratta di un cattivo “progetto”, ma del fatto che gli stimoli sensoriali vengono interpretati dal cervello sulla base del contesto della scena visiva e della nostra storia evolutiva. Alcune figure violano queste regole di “buon senso” in parte scritte nei nostri geni e in parte derivate dalle nostre esperienze e portano il cervello fuori strada.

Illusione di Von Fiendt. Quali sono le sfere e quali le cavità? A seconda di dove pensiamo si trovi la fonte di luce, alcuni oggetti ci sembreranno sfere, altri ci sembreranno cavità; invertendo l’immagine il giudizio percettivo si capovolge e quelle che prima sembravano sfere divengono cavità e viceversa.

Un esempio lampante viene dall’illusione di Von Fiendt. Quali sono le sfere e quali le cavità? A seconda di dove pensiamo si trovi la fonte di luce alcuni oggetti ci sembreranno sfere altre ci sembreranno cavità; invertendo l’immagine il giudizio percettivo si capovolge e quelle che prima sembravano sfere divengono cavità e viceversa. Perché succede questo? Il cervello elabora i gradienti chiaroscuro in base all’assunto che gli oggetti siano illuminati dall’alto. Perciò interpreta le semisfere con la parte superiore chiara come convesse e viceversa quelle con la parte superiore scura come concave. Se manca il gradiente l’illusione scompare. Quindi la corteccia visiva elabora l’informazione sensoriale partendo dall’assunto che la luce provenga dall’alto. Non è un caso: l’uomo si è evoluto sulla Terra dove la fonte di luce proviene normalmente dal cielo, si tratti del sole o della luna, per cui l’assunto dell’illuminazione dall’alto favorisce la prontezza e la precisione dei giudizi percettivi nella maggioranza delle situazioni.  

Dal dolore acuto e istantaneo di una ferita a quello persistente e urente dell’artrite, alla sofferenza senza tregua del danno di un nervo, la Natura ha fatto in modo che il dolore sia un segnale che non può essere ignorato. Nel cervello, ad esempio, il dolore non è trattato da una sola regione o area specializzata, ma da molte, fra le quali quelle coinvolte nell’attenzione, nelle emozioni e nel controllo dei movimenti. E se una di queste regioni viene danneggiata, la sua funzione viene assunta da un’altra. Così il dolore percorre vie “ridondanti”, in modo che l’informazione sul pericolo possa essere sempre ricevuta: tirati fuori da questa situazione critica e stanne alla larga. Per quanto utile sia nel proteggerci, questa molteplicità di vie complica enormemente la ricerca di metodi per lenire il dolore, come milioni di persone che ne soffrono sanno molto bene. La molteplicità di queste vie può spiegare, ad esempio, come si possa avere male ad un arto per molto tempo dopo che l’evento che lo ha causato è finito e l’ostinazione della Natura sul fatto che questi messaggi urgenti debbano comunque essere inviati spiega perché è così difficile lenire il dolore del cancro, dell’artrite e di tante altre gravi affezioni che ci possono colpire. La sfida contro il dolore è costellata da frustrazioni. Per un centinaio d’anni abbiamo usato l’aspirina e, dagli anni ’80, un arsenale di prodotti basati su principi attivi diversi, solo per cercare di sopprimere anche il dolore più semplice. Anche se ci si è riusciti, il sollievo dal dolore più lungo e complesso riesce ancora ad eludere la farmacologia. In questi casi le scelte sono poche: morfina, farmaci più potenti dei semplici analgesici, la neurochirurgia per disconnettere le vie nervose o la rassegnazione ad un sollievo parziale con l’uso degli analgesici convenzionali. Ora, però, le barriere cominciano a crollare. Utilizzando nuove tecnologie, quali la visualizzazione del cervello e la biologia molecolare, gli scienziati stanno cominciando a capire meglio il dolore ed a sviluppare nuovi modi per trattarlo.

 

IL DOLORE

I MECCANISMI DEL DOLORE

Sparse per tutto il nostro corpo ci sono tre tipi di fibre nervose che portano al cervello segnali che sono in grado di dare origine a sensazioni coscienti. Le fibre “A-beta” rispondono al tatto, al caldo, al freddo ed a sostanze chimiche che non sono dolorose. Le fibre “A-delta” e le fibre “C”, invece, trasportano segnali che generalmente danno origine a dolore. Delle due, le fibre A-delta sono più grandi e conducono le informazioni più velocemente; esse danno origine a quel dolore immediato che è tanto efficace da farci allontanare la mano da un oggetto che scotta. Il dolore prodotto dalle più piccole fibre C, invece, è sordo, lancinante o urente: più lento a instaurarsi, ma di durata maggiore. Tutte queste fibre entrano nel midollo spinale, dove si interrompono prendendo contatto con altre fibre che portano l’informazione al cervello. Quando una parte del corpo è danneggiata, a causa di un taglio o di un colpo, ad esempio, si attiva il sistema immunitario che, oltre a produrre il ben noto rossore e rigonfiamento della zona irritata, rilascia sostanze quali l’istamina e le prostaglandine, che stimolano le fibre A-delta e C a condurre stimoli dolorifici al midollo spinale. Il dolore che ne risulta durerà poco tempo, se il danno non è stato serio. Una lesione più grave, invece, può danneggiare le terminazioni nervose e i nervi tanto da far persisitere il dolore per giorni o settimane, come è il caso del dolore post-operatorio. Alcuni ricercatori stanno sperimentando con successo l’analgesia preoperatoria, che consiste nel trattare preventivamente la zona da operare con un anestetico locale, anche se poi il paziente verrà comunque anestetizzato. Impedendo ai segnali del dolore di essere trasmessi, questa procedura riduce il dolore sofferto successivamente, sia per intensità che per durata. Il dolore cronico, come quello alla schiena, reumatoide, osteoartritico e il mal di testa può essere dovuto ad uno stato infiammatorio continuo. Per questa ragione spesso vengono usati con successo i farmaci anti-infiammatori piuttosto che gli analgesici puri. Ma un tipo diverso, estremo, di dolore cronico è quello neuropatico. Il dolore neuropatico può comparire per un danno nervoso dovuto a chirurgia o ad una lesione; è anche comune nel diabete, nell’AIDS, nel cancro e nell’herpes zoster. Il dolore neuropatico insorge improvvisamente; il paziente non si aspetta che avrà un dolore che non passerà e che non risponderà ad alcun trattamento. Il meccanismo del dolore neuropatico è sconosciuto ma, essendo un’affezione gravissima, intrattabile ed incurabile, riscuote sempre più attenzione da parte dei ricercatori e delle compagnie farmaceutiche. Molti neuroscienziati ritengono che la “sensibilizzazione” del sistema nervoso in seguito ad una lesione sia un fatto determinante nell’insorgenza del dolore neuropatico. Alcuni sospettano, inoltre, che il dolore non solo ecciti il sistema nervoso, ma possa anche alterarne alcuni aspetti del funzionamento. Non si sa esattamente come impulsi veicolati da fibre nervose possano dare origine alla percezione del dolore. Ma quello che i ricercatori sanno bene (e non solo loro, purtroppo) è che più a lungo dura il dolore, più intenso è probabile che diventi; il sistema nervoso, infatti, si sensibilizza e la stessa entità di stimolazione viene percepita come più intensa.

LA CHIMICA DEL DOLORE PERIFERICO

Il danno tissutale provoca la lesione o distruzione di alcune cellule che riversano il loro contenuto nello spazio intercellulare. Fra le sostanze che vengono così liberate vi sono alcune molecole, come la bradichinina, la serotonina, alcune prostaglandine e gli ioni potassio che eccitano le terminazioni nervose libere delle fibre C. Queste inviano allora al midollo spinale impulsi che, raggiunto il cervello, vengono interpretati come dolore. Ma le fibre C costituiscono reti terminali relativamente ampie e gli impulsi che viaggiano verso il midollo spinale invadono anch’esse, determinando la liberazione di sostanza P. Questa, agendo sui piccoli vasi ematici, provoca vasodilatazione ed edema e induce la liberazione di istamina da parte dei mastociti. L’istamina, a sua volta, stimola le fibre C creando, così, un circolo chiuso che si manterrà fino a quando le mastcellule, le altre cellule del sistema immunitario ed il maggior flusso ematico, che si è instaurato nella zona, non consentiranno il “lavaggio” dell’interstizio con la rimozione delle cellule danneggiate e dei loro prodotti. Ciò spiega perché al dolore immediato, pungente ed acuto che si ha quando si subisce un piccolo trauma ne segue uno più sordo, duraturo ed urente. Il primo è mediato dalla attivazione delle fibre Adelta, il secondo dalle fibre C.

LA TEORIA DEL “CONTROLLO A CANCELLO”

Tante volte, dopo aver picchiato la testa o subìto un colpo da qualche parte, troviamo sollievo massaggiandoci la parte offesa. Come mai? Esiste una teoria che cerca di spiegare questo fenomeno e che prende il nome di “teoria del controllo a cancello”. Secondo questa teoria, le informazioni tattili non dolorifiche sarebbero in grado di controllare, cioè di “chiudere la porta” alle informazioni dolorifiche, non appena queste entrano nel midollo spinale. Il modello teorico che spiega la teoria prevede che nella sostanza grigia del midollo spinale vi sia un neurone che riceve le informazioni provenienti dalla periferia sensitiva e le ritrasmette al cervello. Questo neurone riceverebbe informazioni sia dalle fibre non dolorifiche (A-beta) che da quelle dolorifiche (Adelta). Quando una delle due viene stimolata, la relativa informazione (tatto o dolore) viene trasmessa al cervello. Il neurone, però, è influenzato anche da un neurone locale (un interneurone) che è di natura inibitoria. Didascalia: Una lesione tissutale provoca una cascata di eventi che portano al mantenimento della sensazione dolorifica anche per lungo tempo. I principali mediatori di questo fenomeno sono di natura chimica. Tale interneurone riceve informazioni da ramificazioni collaterali delle fibre sia A-beta che A-delta, le quali, però, agiscono su di lui in modo opposto. Le fibre A-beta lo eccitano e quelle A-delta lo inibiscono. Cosa succede, allora, quando si ha una stimolazione dolorifica seguita da una tattile? Inizialmente la fibra dolorifica A-delta eccita il neurone di trasmissione ed inibisce l’interneurone inibitorio. Quest’ultimo, essendo inibito, non esercita la sua azione inibitoria sul neurone di trasmissione, che quindi è libero di trasmettere le sue informazioni al cervello e… sentiamo male. Successivamente attiviamo (magari con un leggero sfregamento) le fibre A-beta della stessa parte del nostro corpo che è stata appena offesa. È vero che la fibra A-beta attiva anch’essa il neurone di trasmissione, aumentando quindi l’entità delle informazioni che esso trasmette, ma attiva anche l’interneurone inibitorio. Questa eccitazione contrasta l’inibizione esercitata su di esso dalle fibre Adelta, così l’interneurone è libero di inibire il neurone di trasmissione. Questo cessa di trasmettere informazioni, per cui sentiamo meno dolore. Se la teoria è vera (non si sono ancora ottenute prove sperimentali definitive a suo favore e, d’altronde, la circuiteria del midollo spinale è ben più complessa di quanto ammesso nel modello), essa spiega anche perché, dopo un po’ di tempo, la stimolazione tattile non è più efficace.

Le fibre A-delta, infatti, smettono presto di inviare impulsi e vengono sostituite, nella trasmissione delle informazioni dolorifiche, dalle fibre C. Queste non solo non avrebbero la circuiteria ipotizzata dalla teoria del controllo a cancello, ma verrebbero ulteriormente stimolate dal massaggio o dalla frizione della parte lesionata. La stimolazione meccanica, infatti, provocherebbe una maggior diffusione dei metaboliti algogeni (che provocano dolore), peggiorando così la situazione. Si potrebbe anche verificare che una stimolazione tattile di per sé non dolorifica, potrebbe diventare tale, proprio provocando ulteriori lesioni a cellule già danneggiate (con conseguente uscita di metaboliti) o comunque aumentando la diffusione dei metaboliti liberati in precedenza. Tale situazione prende il nome di iperalgesia ed è, anch’essa, sfortunatamente ben nota.

Didascalia: La trasmissione di uno stimolo doloroso può essere influenzata dalla concomitante applicazione di un più leggero stimolo tattile. L’interazione fra le due stimolazioni avviene nelle corna posteriori del midollo spinale. A questo livello, fibre discendenti da strutture superiori possono ulteriormente modificare ed attenuare la trasmissione delle informazioni dolorifiche alla corteccia cerebrale

LA MODULAZIONE CENTRALE DEL DOLORE

La percezione del dolore dipende dal contesto degli eventi nel corso dei quali si verifica la lesione come pure dall’esperienza culturale e sociale dell’individuo. L’esempio forse più evidente di quanto contino le influenze non sensitive sulla percezione del dolore deriva dall’esperienza dei soldati in battaglia. Spesso molti di essi ignorano le proprie ferite e non denunciano alcun dolore fino a quando sono fuori pericolo. Molto più semplicemente, comunque, sarà capitato a tutti di farsi male durante un gioco e di accorgersi più tardi di avere un livido o una piccola ferita, senza di fatto sapere come la si sia procurata. La possibilità di inibire il dolore in momenti critici ha un elevato significato adattativo: in questo modo l’individuo è libero di concentrarsi su altri stimoli e di produrre le risposte comportamentali più appropriate alla propria sopravvivenza. L’esistenza di sistemi neurali in grado di modulare il dolore era stata sospettata a lungo, sulla base dell’osservazione che anche piccole quantità di morfina o di oppio esercitano un potente effetto analgesico che è mediato da specifici recettori cerebrali. La presenza di recettori per gli oppioidi all’interno del sistema nervoso centrale è stata confermata dai neuroscienziati negli anni ’70, facendo nascere l’idea che dovessero esistere dei sistemi fisiologici in grado di produrre naturalmente queste sostanze allo scopo di regolare la percezione del dolore. Altrimenti perché, si chiedevano i ricercatori, dovrebbero esistere dei recettori per molecole che non esistono nel nostro organismo? Era evidente che, se c’erano i recettori, ci dovevano essere anche le molecole. Si è scoperto che i recettori per gli oppioidi sono concentrati in alcune parti del tronco dell’encefalo e che la stimolazione di queste regioni, negli animali da esperimento, provocava analgesia associata a inibizione dei neuroni delle corna posteriori del midollo spinale (da dove entrano le fibre sensitive). Sono stati quindi scoperti sistemi neurali diversi che contengono “oppioidi endogeni” quali le encefaline, le endorfine e le dinorfine, tutti coinvolti nella modulazione centrale del dolore. Vi sono diversi di questi sistemi, e uno dei più noti ha le sue cellule di origine nel tronco dell’encefalo, in un ammasso di sostanza grigia che, nel mesencefalo, circonda il canale centrale (che qui prende il nome di acquedotto di Silvio). Si tratta della sostanza grigia periacqueduttale, che invia fibre verso il basso, al bulbo e al midollo spinale. Una volta arrivate alle corna posteriori del midollo spinale o, più in su, ai neuroni sensitivi dei nervi cranici (quali, ad esempio, quelli del nervo trigemino), queste fibre eccitano i neuroni locali che liberano encefaline. Queste ultime, infine, esercitano una forte azione analgesica, riducendo l’entità della trasmissione di informazioni dolorifiche dal midollo spinale e dai nervi cranici verso il cervello. Cosa induce la sostanza grigia periacqueduttale ad attivarsi e promuovere la sua benefica azione? Essa riceve importanti contingenti di fibre dalla corteccia cerebrale, responsabile delle nostre attività coscienti e dall’ipotalamo, essenziale per la nostra vita vegetativa.

Ciò spiega pienamente l’analgesia da stress: quando siamo in una situazione di pericolo, sia la nostra corteccia cerebrale che l’ipotalamo inviano messaggi eccitatori alla sostanza grigia periacqueduttale, che così promuoverà la liberazione di endorfine a livello spinale e troncoencefalico. Non solo: la sostanza grigia periacqueduttale riceve fibre anche da ramificazioni dei sistemi sensitivi che ascendono lungo il midollo spinale verso il cervello. Quindi le stesse informazioni sensitive, (che non sono solo tattili, ma possono essere anche di natura muscolare, se stiamo svolgendo un’attività fisica), possono svolgere un’azione modulante sulla percezione del dolore. Quando l’attività fisica cessa e/o la corteccia cerebrale non è più impegnata nel gestire situazioni critiche, l’attivazione della sostanza grigia periacqueduttale diminuisce, vengono liberati meno oppioidi endogeni sui neuroni sensitivi del midollo spinale e l’informazione dolorifica, se ancora presente, riesce ora a farsi strada verso il cervello segnalandoci, così, che qualcosa di importante era successo quando non potevamo occuparcene, ma che adesso è il momento di prestarvi attenzione.

Didascalia: Uno dei più noti sistemi per il controllo discendente della trasmissione delle informazioni dolorifiche ha le sue cellule di origine nel tronco dell’encefalo, in un ammasso di sostanza grigia che, nel mesencefalo, circonda il canale centrale (che qui prende il nome di acquedotto di Silvio). Si tratta della sostanza grigia periacqueduttale, che invia fibre verso il basso, al bulbo ed al midollo spinale.

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