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Il sistema nervoso umano può essere diviso in due sottosistemi che interagiscono: il sistema nervoso periferico (PNS) e il sistema nervoso centrale (CNS). Il SNC consiste nel cervello e nel midollo spinale. Il sistema nervoso periferico è una vasta rete di nervi che collega il SNC ai muscoli e alle strutture sensoriali. La relazione di questi sistemi è illustrata nella Figura 1.

Figura 1. I componenti essenziali del sistema nervoso umano sono mostrati in questa illustrazione. Il sistema nervoso centrale (SNC) consiste nel cervello e nel midollo spinale. Si collega al sistema nervoso periferico (PNS), una rete di nervi che si estende in tutto il corpo.

Il sistema nervoso centrale

Il cervello è l’organo più complesso e sensibile del corpo. È responsabile di tutte le funzioni del corpo, incluso il servizio come centro di coordinamento di tutte le sensazioni, mobilità, emozioni e intelletto. La protezione del cervello è fornita dalle ossa del cranio, che a loro volta sono coperte dal cuoio capelluto, come mostrato nella Figura 2. Il cuoio capelluto è composto da uno strato esterno di pelle, che è vagamente attaccato all’aponeurosi, uno strato tendineo piatto e largo che ancorano gli strati superficiali della pelle. Il periostio, sotto l’aponeurosi, racchiude saldamente le ossa del cranio e fornisce protezione, nutrimento all’osso, e la capacità di riparazione ossea. Sotto lo strato osseo del cranio ci sono tre strati di membrane chiamate meningi che circondano il cervello. Le posizioni relative di queste meningi sono mostrate nella Figura 2. Lo strato meningeo più vicino alle ossa del cranio è chiamato dura madre (letteralmente significa madre dura). Sotto la dura madre si trova l’aracnoide (letteralmente madre ragno). Lo strato meningeo più interno è una membrana delicata chiamata pia mater (letteralmente madre tenera). A differenza degli altri strati meningei, la pia mater aderisce saldamente alla superficie convoluta del cervello. Tra la madre aracnoidea e la pia mater c’è lo spazio subaracnoideo. Lo spazio subaracnoideo in questa regione è pieno di liquido cerebrospinale (CSF). Questo fluido acquoso è prodotto dalle cellule del plesso coroideo – aree in ogni ventricolo del cervello che consistono di cellule epiteliali cuboidali che circondano densi letti capillari. Il CSF serve a fornire nutrienti e rimuovere i rifiuti dai tessuti neurali.

Figura 2. Gli strati di tessuto che circondano il cervello umano includono tre membrane meningee: la dura madre, la madre aracnoidea e la pia madre. (credito: modifica del lavoro del National Institutes of Health)

La barriera sangue-cervello

I tessuti del SNC hanno una protezione extra in quanto non sono esposti al sangue o al sistema immunitario come gli altri tessuti. I vasi sanguigni che riforniscono il cervello di nutrienti e altre sostanze chimiche si trovano sopra la pia madre. I capillari associati a questi vasi sanguigni nel cervello sono meno permeabili di quelli in altre parti del corpo. Le cellule endoteliali capillari formano giunzioni strette che controllano il trasferimento dei componenti del sangue al cervello. Inoltre, i capillari cranici hanno molti meno fenestra (strutture simili a pori che sono sigillati da una membrana) e vescicole pinocitiche rispetto ad altri capillari. Di conseguenza, i materiali del sistema circolatorio hanno una capacità molto limitata di interagire direttamente con il SNC. Questo fenomeno è chiamato barriera emato-encefalica.

La barriera emato-encefalica protegge il liquido cerebrospinale dalla contaminazione e può essere abbastanza efficace per escludere potenziali agenti patogeni microbici. Come conseguenza di queste difese, non c’è un microbiota normale nel liquido cerebrospinale. La barriera emato-encefalica inibisce anche il movimento di molti farmaci nel cervello, in particolare i composti che non sono solubili nei lipidi. Questo ha profonde ramificazioni per i trattamenti che coinvolgono le infezioni del SNC, perché è difficile per i farmaci attraversare la barriera emato-encefalica per interagire con gli agenti patogeni che causano le infezioni.

Il midollo spinale ha anche strutture protettive simili a quelle che circondano il cervello. All’interno delle ossa delle vertebre ci sono meningi di dura madre (a volte chiamata guaina durale), aracnoide, pia madre, e una barriera sangue-cervello che controlla il trasferimento di componenti del sangue dai vasi sanguigni associati al midollo spinale.

Per causare un’infezione nel SNC, gli agenti patogeni devono riuscire a violare la barriera sangue-cervello o la barriera sangue-cervello. Vari patogeni impiegano diversi fattori di virulenza e meccanismi per raggiungere questo obiettivo, ma possono essere generalmente raggruppati in quattro categorie: intercellulari (chiamati anche paracellulari), transcellulari, facilitati dai leucociti e non ematogeni. L’ingresso intercellulare comporta l’uso di fattori di virulenza microbica, tossine o processi mediati dall’infiammazione per passare tra le cellule della barriera emato-encefalica. Nell’ingresso transcellulare, l’agente patogeno passa attraverso le cellule della barriera emato-encefalica usando fattori di virulenza che gli permettono di aderire e innescare l’assorbimento tramite meccanismi mediati da vacuoli o recettori. L’ingresso facilitato dai leucociti è un meccanismo a cavallo di Troia che si verifica quando un patogeno infetta i leucociti del sangue periferico per entrare direttamente nel SNC. L’entrata non ematogena permette agli agenti patogeni di entrare nel cervello senza incontrare la barriera emato-encefalica; si verifica quando gli agenti patogeni viaggiano lungo i nervi cranici olfattivo o trigemino che portano direttamente nel SNC.

Il sistema nervoso periferico

Il PNS è formato dai nervi che collegano organi, arti e altre strutture anatomiche del corpo al cervello e al midollo spinale. A differenza del cervello e del midollo spinale, il PNS non è protetto da ossa, meningi o da una barriera di sangue e, di conseguenza, i nervi del PNS sono molto più suscettibili di lesioni e infezioni. Il danno microbico ai nervi periferici può portare a formicolii o intorpidimenti conosciuti come neuropatia. Questi sintomi possono anche essere prodotti da traumi e da cause non infettive come farmaci o malattie croniche come il diabete.

Le cellule del sistema nervoso

I tessuti del PNS e del CNS sono formati da cellule chiamate cellule gliali (cellule neurogliali) e neuroni (cellule nervose). Le cellule gliali assistono nell’organizzazione dei neuroni, forniscono un’impalcatura per alcuni aspetti della funzione neuronale e aiutano nel recupero da lesioni neurali.

I neuroni sono cellule specializzate che si trovano in tutto il sistema nervoso e che trasmettono segnali attraverso il sistema nervoso usando processi elettrochimici. La struttura di base di un neurone è mostrata nella Figura 3. Il corpo cellulare (o soma) è il centro metabolico del neurone e contiene il nucleo e la maggior parte degli organelli della cellula. Le numerose estensioni finemente ramificate dal soma sono chiamate dendriti. Il soma produce anche un’estensione allungata, chiamata assone, che è responsabile della trasmissione di segnali elettrochimici attraverso elaborati processi di trasporto degli ioni. Gli assoni di alcuni tipi di neuroni possono estendersi fino a un metro di lunghezza nel corpo umano. Per facilitare la trasmissione dei segnali elettrochimici, alcuni neuroni hanno una guaina mielinica che circonda l’assone. La mielina, formata dalle membrane cellulari di cellule gliali come le cellule di Schwann nel PNS e gli oligodendrociti nel CNS, circonda e isola l’assone, aumentando significativamente la velocità di trasmissione del segnale elettrochimico lungo l’assone. L’estremità di un assone forma numerosi rami che terminano in bulbi chiamati terminali sinaptici. I neuroni formano giunzioni con altre cellule, come un altro neurone, con cui scambiano segnali. Le giunzioni, che sono in realtà delle fessure tra i neuroni, sono chiamate sinapsi. In ogni sinapsi, c’è un neurone presinaptico e un neurone postsinaptico (o altra cellula). I terminali sinaptici dell’assone del terminale presinaptico formano la sinapsi con i dendriti, il soma, o talvolta l’assone del neurone postsinaptico, o una parte di un altro tipo di cellula come una cellula muscolare. I terminali sinaptici contengono vescicole piene di sostanze chimiche chiamate neurotrasmettitori. Quando il segnale elettrochimico che si muove lungo l’assone raggiunge la sinapsi, le vescicole si fondono con la membrana e i neurotrasmettitori vengono rilasciati, che si diffondono attraverso la sinapsi e si legano ai recettori sulla membrana della cellula postsinaptica, iniziando potenzialmente una risposta in quella cellula. Questa risposta nella cellula postsinaptica potrebbe includere l’ulteriore propagazione di un segnale elettrochimico per trasmettere informazioni o la contrazione di una fibra muscolare.

Figura 3. (a) Un neurone mielinizzato è associato a oligodendrociti. Gli oligodendrociti sono un tipo di cellula gliale che forma la guaina mielinica nel SNC che isola l’assone in modo che gli impulsi nervosi elettrochimici siano trasferiti in modo più efficiente. (b) Una sinapsi consiste nell’estremità assonale del neurone presinaptico (in alto) che rilascia neurotrasmettitori che attraversano lo spazio sinaptico (o fessura) e si legano ai recettori sui dendriti del neurone postsinaptico (in basso).

Meningite ed encefalite

Anche se il cranio fornisce al cervello un’eccellente difesa, può diventare problematico durante le infezioni. Qualsiasi gonfiore del cervello o delle meningi che risulta da un’infiammazione può causare una pressione intracranica, portando a gravi danni dei tessuti cerebrali, che hanno uno spazio limitato per espandersi all’interno delle inflessibili ossa del cranio. Il termine meningite è usato per descrivere un’infiammazione delle meningi. I sintomi tipici possono includere un forte mal di testa, febbre, fotofobia (aumento della sensibilità alla luce), torcicollo, convulsioni e confusione. Un’infiammazione del tessuto cerebrale è chiamata encefalite, e i pazienti mostrano segni e sintomi simili a quelli della meningite oltre a letargia, convulsioni e cambiamenti di personalità. Quando l’infiammazione colpisce sia le meningi che il tessuto cerebrale, la condizione è chiamata meningoencefalite. Tutte e tre le forme di infiammazione sono gravi e possono portare a cecità, sordità, coma e morte.

Meningite ed encefalite possono essere causate da molti tipi diversi di agenti patogeni microbici. Tuttavia, queste condizioni possono anche derivare da cause non infettive come il trauma cranico, alcuni tumori e alcuni farmaci che scatenano l’infiammazione. Per determinare se l’infiammazione è causata da un patogeno, viene eseguita una puntura lombare per ottenere un campione di CSF. Se il CSF contiene livelli aumentati di globuli bianchi e livelli anormali di glucosio e proteine, questo indica che l’infiammazione è una risposta a un’infezioneinflinin.

Scelta multipla

Come si chiama la membrana più esterna che circonda il cervello?

1. pia madre
2. materia aracnoidea
3. dura mater
4. alma mater

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Risposta c. La membrana più esterna che circonda il cervello è chiamata dura mater.

Quale termine si riferisce a un’infiammazione dei tessuti cerebrali?

1. encefalite
2. meningite
3. sinusite
4. meningoencefalite

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Risposta a. “Encefalite” si riferisce a un’infiammazione dei tessuti del cervello.

Le cellule nervose formano lunghe proiezioni chiamate __________.

1. soma
2. assoni
3. dendriti
4. sinapsi

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Risposta b. Le cellule nervose formano lunghe proiezioni chiamate assoni.

Le sostanze chimiche chiamate __________ sono memorizzate nei neuroni e rilasciate quando la cellula è stimolata da un segnale.

1. tossine
2. citochine
3. chemochine
4. neurotrasmettitori

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Risposta d. Le sostanze chimiche chiamate neurotrasmettitori sono memorizzate nei neuroni e rilasciate quando la cellula è stimolata da un segnale.

Il sistema nervoso centrale è costituito da __________.

1. organi sensoriali e muscoli.
2. il cervello e i muscoli.
3. gli organi sensoriali e il midollo spinale.
4. il cervello e la colonna vertebrale.

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Risposta d. Il sistema nervoso centrale è costituito dal cervello e dalla colonna vertebrale.

Matching

Coppia ogni strategia per l’invasione microbica del SNC con la sua descrizione.

___ingresso intercellulare	A. L’agente patogeno entra infettando i globuli bianchi periferici
___entrata transcellulare	B. L’agente patogeno aggira la barriera emato-encefalica viaggiando lungo i nervi cranici olfattivi o trigemini
___entrata facilitata dai leucociti	C. L’agente patogeno passa attraverso le cellule della barriera emato-encefalica
___entrata non ematogena	D. L’agente patogeno passa tra le cellule della barriera emato-encefalica

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1. (D) Nell’entrata intercellulare, un agente patogeno passa tra le cellule della barriera emato-encefalica.
2. (C) In entrata transcellulare, un patogeno passa attraverso le cellule della barriera emato-encefalica.
3. (A) In entrata facilitata dai leucociti, un patogeno entra infettando i globuli bianchi periferici.
4. (B) Nell’entrata non ematogena, un patogeno aggira la barriera emato-encefalica viaggiando lungo i nervi cranici olfattivo o trigemino.

Fill in the Blank

Il corpo cellulare di un neurone è chiamato __________.

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Il corpo cellulare di un neurone è chiamato soma.

Un segnale viene trasmesso lungo il __________ di una cellula nervosa.

Mostra risposta

Un segnale viene trasmesso lungo l’assone di una cellula nervosa.

Il __________ è pieno di liquido cerebrospinale.

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Lo spazio subaracnoideo è pieno di liquido cerebrospinale.

Il __________ impedisce l’accesso dei microbi nel sangue per accedere al sistema nervoso centrale.

Mostra risposta

La barriera emato-encefalica impedisce l’accesso dei microbi nel sangue di accedere al sistema nervoso centrale.

Il __________ è un insieme di membrane che coprono e proteggono il cervello.

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Le meningi sono un insieme di membrane che coprono e proteggono il cervello.

Pensaci

1. Descrivi brevemente le difese del cervello contro traumi e infezioni.
2. Descrivere come si forma la barriera emato-encefalica.
3. Identificare il tipo di cellula mostrato, così come le seguenti strutture: assone, dendrite, guaina mielinica, soma e sinapsi.

Pensiero critico

Quale importante funzione svolge la barriera emato-encefalica? Come può questa barriera essere problematica a volte?

1. Yuki, Nobuhiro e Hans-Peter Hartung, “Guillain-Barré Syndrome,” New England Journal of Medicine 366, no. 24 (2012): 2294-304. ↵
2. Cao-Lormeau, Van-Mai, Alexandre Blake, Sandrine Mons, Stéphane Lastère, Claudine Roche, Jessica Vanhomwegen, Timothée Dub et al., “Guillain-Barré Syndrome Outbreak Associated with Zika Virus Infection in French Polynesia: A Case-Control Study,” The Lancet 387, no. 10027 (2016): 1531-9. ↵