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IL SISTEMA NERVOSO ED IL MOVIMENTO 1

Questo capitolo è ampiamente tratto dai libri: • Principi di Fisiologia, Un fondamento scientifico della Fisioterapia. Bovell,

Nimmo, Wood. 1998 EdiSES, Napoli. • Fisiologia Umana. Germann e Stanfield. 2004 EdiSES, Napoli.

Dal Germann e Stanfield sono tratte quasi tutte le figure di questo capitolo. Queste non sono state, nella maggior parte dei casi, modificate nella numerazione per garantire una più facile consultazione a chi volesse utilizzare questo testo per un approfondimento di questi temi. Si coglie l’occasione per ringraziare la EdiSES per la gentile concessione delle immagini. Il libro “Principi di Fisiologia” contiene anche utilissimi capitoli sull’esercizio fisico.

IL SISTEMA NERVOSO CENTRALE Il Sistema Nervoso è adibito all’integrazione ed al controllo di tutte le funzioni dell’organismo. E’ composto di cellule specializzate nell’eccitabilità e nella conduzione. Per eccitabilità intendiamo la proprietà di ricevere e rispondere a segnali (informazioni, messaggi) provenienti dall’ambiente interno (il liquido extracellulare contenuto nel nostro organismo) ed esterno. Per conduzione intendiamo la proprietà di trasmettere messaggi verso e da centri di controllo e coordinatori. Il Sistema Nervoso è composto da una parte centrale (Sistema Nervoso Centrale - SNC), costituito dall’Encefalo e dal Midollo Spinale, e da una periferica (SNP), costituito dall’insieme delle fibre nervose sensitive e motorie. Le fibre nervose sensitive portano messaggi da tessuti ed organi all’encefalo ed al midollo spinale. Da questi ultimi, le fibre nervose motorie portano messaggi a tessuti ed organi del corpo. Il Midollo Spinale ha forma pressoché cilindrica, leggermente schiacciata in senso antero-posteriore, ed è posto nel canale vertebrale. Esso si estende normalmente dal foro occipitale alla II vertebra lombare. Non colma completamente il canale vertebrale in quanto rimane separato dalle sue pareti da uno spazio detto spazio perimidollare. Come del resto tutto il Sistema Nervoso Centrale è immerso nel liquido cefalo-rachidiano. Il midollo spinale presenta due rigonfiamenti: il rigonfiamento cervicale e quello lombare, il primo corrisponde all’emergenza dei nervi spinali che innervano gli arti superiori e il secondo corrisponde all’emergenza dei nervi spinali diretti agli arti. Da ogni lato del midollo spinale emergono 31 paia di nervi spinali composti da 31 radici anteriori (origine delle fibre efferenti) e 31 radici posteriori (origine delle fibre afferenti). I nervi spinali sono distinti in 8 paia cervicali, 12 toracici, 5 lombari, 5 sacrali e 3 coccigei, dei quali gli ultimi 2 rudimentali. I nervi spinali innervano distinte zone del corpo. La fibra sensitiva innerva una specifica area definita, a livello cutaneo, dermatomero. Ogni dermatomero è indicato con un numero, indicante la radice sensitiva corrispondente. Ogni fibra motoria innerva un determinato gruppo muscolare. L’insieme dei muscoli innervati dal singolo nervo spinale è detto miomero. In sezione trasversale il midollo spinale mostra una zona più scura a forma di H, la sostanza grigia, e una porzione periferica chiara, la sostanza bianca. La sostanza grigia contiene i corpi cellulari delle vie efferenti nei corni anteriori e degli interneuroni nei corni posteriori, i corpi cellulari delle fibre afferenti sono invece situati nei gangli spinali, cioè all’esterno del midollo spinale. La sostanza bianca contiene invece gli assoni delle vie sia ascendenti che discendenti.

1 Marco Bernardi, l’autore, è Docente di Fisiologia Umana e Sport Terapia nella I Facoltà di Medicina e Chirurgia dell’Università di Roma “La Sapienza” ed è, per il Comitato Italiano Paralimpico - CIP, Responsabile Scientifico, Responsabile delle Classificazioni, dei Rapporti Internazionali nella sfera sanitaria e delle Visite di Idoneità degli Atleti Paralimpici. Per la collaborazione nella stesura di questo capitolo ringrazio il Prof. Marco Marchetti Direttore della Scuola di Specializzazione in Medicina dello Sport dell’Università di Roma “La Sapienza” ed il Dottore Fabio Faiola, Specializzando in Medicina dello Sport nella I Facoltà di Medicina e Chirurgia dell’Università di Roma “La Sapienza”.

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Figura: la figura mostra a sinistra l’encefalo (in alto) e il midollo spinale con l’origine dei 31 paia di nervi spinali (in basso) A destra mostra la suddivisione del corpo umano in dermatomeri, si noti che i diversi colori dividono i dermatomeri in base alla diversa origine dei nervi spinali (8 Cervicali =C1-C8, 12 Toracici =T1-T12, 5 Lombari =L1-L5 e 5Sacrali =S1-S5). L’Encefalo comprende il tronco cerebrale, il cervelletto, il diencefalo e il telencefalo. Il Tronco Cerebrale è formato dal midollo allungato (o bulbo), dal ponte e dal mesencefalo, strutture molto simili al midollo spinale, sede, oltre che dei riflessi e del controllo di molti visceri, anche dei centri che regolano la respirazione, la funzione cardiovascolare e la temperatura corporea. Da qui partono i segnali che garantiscono gli automatismi respiratori e che mantengono costante la temperatura in modo da permettere tutti i processi biologici e chimici indispensabili per la vita. Nel tronco cerebrale la sostanza bianca e la sostanza grigia non sono più distinguibili in maniera netta. Soprattutto nel ponte e nel bulbo le fibre formano la sostanza reticolare, dove si trovano i centri che regolano il ritmo sonno/veglia, la circolazione sanguigna e la respirazione. Nel tronco cerebrale s’incrociano vie ascendenti dal midollo spinale e vie discendenti dalla corteccia encefalica.

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Il Cervelletto è posto in posizione dorsale rispetto al tronco encefalico, con il quale è collegato tramite 3 coppie di peduncoli: i peduncoli cerebellari superiori (che lo collegano con il mesencefalo), i peduncoli cerebellari medi (che lo collegano con il ponte) e i peduncoli cerebellari inferiori (che lo collegano con il bulbo). Viene quindi ad essere separato dal tronco dal IV ventricolo cerebrale. Si trova collocato nella fossa endocranica posteriore. Presenta una porzione centrale, il verme ed i due emisferi cerebellari. La superficie cerebellare ha un'organizzazione estremamente regolare e presenta una caratteristica suddivisione ad opera di fessure in quattro lobi, in lobuli e in lamine, il tutto per aumentare la superficie cerebellare. Mentre la corteccia cerebellare è formata da sostanza grigia, la porzione più profonda è costituita da sostanza bianca, da cui si diramano porzioni sempre più piccole venendo ad assumere la forma di un albero. La funzione principale è quella di coordinare le uscite motorie: infatti, le lesioni cerebellari compromettono la coordinazione dei movimento degli arti e degli occhi ma anche l'equilibrio.

Il Diencefalo è situato nella fossa cranica media e comprende i nuclei della base, il talamo e l’ipotalamo. Il talamo è un’importante stazione di comunicazione per quasi tutte le vie afferenti, l’ipotalamo rappresenta la sede dei centri vegetativi e svolge un ruolo fondamentale, attraverso l’ipofisi, a livello del sistema endocrino.

Il Telencefalo è un organo impari, mediano e simmetrico formato dalla Corteccia Cerebrale, distinta in due emisferi, e dai nuclei interemisferici. A questi ultimi appartengono, tra gli altri, i gangli della base, fondamentali per l’attività motoria, e in parte anche l’amigdala che, insieme ad altre porzioni encefaliche, costituisce il sistema libico. La Corteccia Cerebrale è la parte più superficiale del SNC, viene suddivisa in quattro lobi, reciprocamente separati da solchi. Viene suddivisa in aree istologicamente distinte che mostrano funzioni diverse tra loro. E’ formata da diversi strati di cellule nervose ed è la sede dove originano tutte le attività coscienti e molte di quelle inconsce, rappresenta inoltre il luogo di immagazzinamento di tutte le sensazioni sensoriali e della memoria.

L’encefalo è circondato da un liquido detto liquor cerebro-spinale e possiede anche al suo interno sapzi colmi di liquido, i 4 ventricoli. Vi sono 2 ventricoli laterali simmetrici connessi con 2 ventricoli mediali, sono connessi al canale centrale del midollo spinale. I plessi corioidei producono circa 650ml di liquor al giorno, che verrà poi riassorbito a livello dei villi aracnoidei. Tranne che per H2O, O2 e CO2 lo scambio di soluti tra liquor e sangue è molto limitato se non tramite specifici trasportatori (Barriera Ematoencefalica). IL MOVIMENTO ED IL SISTEMA NERVOSO

Introduzione Tutti i movimenti funzionalmente utili si svolgono secondo un programma motorio che è operato

dal sistema nervoso. I programmi motori vengono descritti in ordine di complessità crescente come atti riflessi, automatici e volontario. I Movimenti riflessi sono costituiti da risposte stereotipate ed automatiche dell’organismo conseguenti ad una stimolazione. Essi sono ripetibili indefinitamente e finalizzati. Necessitano dell’integrità del solo midollo spinale potendosi avere anche in animali decerebrati. I Movimenti programmati-automatici sono fenomeni motori sostenuti dal SNC senza il contributo di stimoli esterni, che tuttavia possono essere influenzati dalla presenza dei riflessi. Cani privati del cervello (decerebrati) sono in grado di generare movimenti ritmici; infatti possono grattarsi la schiena con la zampa posteriore o manifestare movimenti locomotori, anche dopo l’interruzione di tutte le afferenze sensitive al midollo, ottenuta attraverso la sezione dei nervi sensitivi o delle radici dorsali. (Altri esempi di movimenti programmati sono camminare, respirare, masticare).

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I Movimenti di sostegno sono attività dei muscoli che hanno la funzione di controllare e mantenere l’atteggiamento del corpo e la sua posizione nello spazio (postura), sono prodotti da riflessi flessori ed estensori che si originano nel midollo spinale. I Movimenti Volontari (finalizzati) è un gruppo complesso che comprende la motricità che si manifesta con movimenti diretti verso l’esterno. Questa sarà sempre accompagnata dalle azioni e dalle reazioni della motricità di sostegno, sia per la preparazione dei movimenti, sia per la correzione della posizione durante e dopo il movimento. Il movimento volontario si origina in seguito allo svolgersi di tre fasi sequenziali: pianificazione, programmazione (che coinvolge programmi appresi) ed esecuzione del movimento.

Per descrivere la funzione motoria coordinata conviene iniziare descrivendo i circuiti neuronali più semplici, i riflessi spinali.

Per Atto Riflesso si intende una risposta automatica ed involontaria (stereotipato, ripetibile secondo un programma fisso) alla stimolazione di una specifica parte del corpo. Lo stimolo è una modificazione delle condizioni dell’ambiente esterno al nostro corpo (ad esempio dell’aria, dell’acqua, del calore, della pressione, del campo elettrico, etc.) o dell’ambiente interno (nei muscoli, nei visceri; variazione di tensione, di concentrazione osmotica). Per usare un termine più generale e quasi poetico potremmo dire che uno stimolo è una variazione energetica. L’organo sensibile ad una delle varie stimolazioni è detto recettore. In risposta alla stimolazione viene inviata una informazione lungo vie nervose (dette afferenti: che portano a) fino al Sistema Nervoso Centrale (SNC). Il SNC è costituito dall’insieme di encefalo e midollo spinale. In un insieme di strutture situate nel SNC (centro di integrazione del riflesso) viene elaborato un programma di azione e gli ordini inerenti vengono inviati tramite vie efferenti (che portano via) all’effettore. Questo può essere un muscolo (movimento) o una ghiandola (secrezione).

Alcuni centri di riflesso sono interamente contenuti nel midollo spinale. Quindi, una persona con lesione del midollo spinale, malgrado siano interrotte le vie di accesso e di uscita dall’encefalo, conserva alcuni riflessi perché i centri di questi sono situati nel midollo spinale al di sotto della lesione. Il riflesso motorio è la forma più semplice di attività motoria coordinata, e si esplica attraverso circuiti che implicano un numero relativamente esiguo di neuroni. Il circuito più elementare è formato solo da due tipi di neuroni ed un solo collegamento, detto sinapsi, li unisce (riflesso monosinaptico). Molte tecniche fisioterapiche, quali la Facilitazione Neuromuscolare Propriocettiva (FNP), si fondano sull’attivazione di riflessi spinali che originano da speciali recettori detti propriocettori.

I neuroni (cellule nervose) che costituiscono il centro integratore dell’atto riflesso formano una rete di elementi detti interneuroni, cioè di neuroni interposti fra l’entrata e l’uscita del SNC. Il numero degli interneuroni nel midollo spinale supera il numero dei motoneuroni nel rapporto di circa 30:1. I neuroni nel SNC sono in collegamento fra loro attraverso i cilindrassi (prolungamenti cilindrici di ciascuna cellula) che prendono contatto, sfioccandosi come i rami di un albero, con numerosi altri neuroni. Il numero degli interneuroni che è coinvolto in un riflesso può variare da zero a numerosi.

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Come è ovvio dunque i riflessi monosinaptici non implicano interneuroni. Riflessi che coinvolgano uno, due o più interneuroni si definiscono polisinaptici. Nella rete di neuroni che costituisce il centro integratore di un riflesso polisinaptico il segnale è costituito da una perturbazione di stato elettrico che viaggia lungo il cilindrasse (potenziale d’azione). A livello della giunzione con altri neuroni (sinapsi) il segnale viene trasmesso da una cellula all’altra per secrezione di una sostanza (mediatore chimico). La sinapsi è una giunzione interneuronica sempre unidirezionale nel senso che il segnale si trasmette solo da un neurone, detto pre-sinaptico a quello successivo, detto post-sinaptico e mai in senso inverso. Il neurone pre-sinaptico può trasmettere a quello post-sinaptico un segnale eccitatorio (che attiva) o inibitorio, a seconda della sostanza trasmettitrice liberata nella sinapsi. La funzione di controllo esercitata del centro integratore del riflesso si attua attraverso una complicata combinazione di inibizioni e di attivazioni da cui dipende il tipo di ordine in uscita.

I motoneuroni, grazie alle loro fibre nervose efferenti, abbandonano il midollo spinale

attraverso le radici ventrali per dirigersi verso i muscoli attraverso i nervi spinali. Si ricorda che l’unità motoria è l’insieme di un motoneurone e di tutte le fibre muscolari che esso innerva. La dimensione delle singole unità motorie è molto variabile: una piccola unità motoria è quella in cui il motoneurone controlla soltanto poche fibre muscolari (meno di dieci ad esempio dei muscoli oculari); in una grande unità motoria il motoneurone innerva fino a centinaia o, in alcuni casi, migliaia di fibre muscolari (come accade per esempio nei grossi muscoli della coscia). Più piccola è l'unità motoria tanto più elevata è la precisione del controllo esercitato dal centro nervoso sul muscolo. Al contrario, l'attivazione di unità motorie (UM) grandi comporta minore capacità di graduare la forza muscolare. Si confronti ad es., la capacità di regolazione nel movimento delle dita rispetto a quello della gamba. All’interno poi di ciascun muscolo abbiamo uno spettro di unità motorie differenti a seconda delle caratteristiche del motoneurone che innerva le fibre e della conseguente miosina ed ATPasi miosinica,

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presente nella fibra muscolare. In generale distinguiamo vari tipi di UM dalle più forti con fibre più grandi ma meno resistenti (con un prevalente metabolismo energetico di tipo glicolitico) alle meno forti, più piccole ma molto resistenti alla fatica (con un prevalente metabolismo energetico di tipo aerobico). Fra questi due gruppi almeno altri 3 tipi intermedi di fibre possono ora essere differenziate con i metodi radioimmunologici e con valutazioni forza-velocità.

L’organizzazione dei motoneuroni e delle fibre muscolari consente due modalità di regolazione dell'attività motoria: • Reclutamento Spaziale: un aumento della tensione del muscolo è prodotto mettendo in azione gradualmente sempre più unità motorie. • Reclutamento Temporale (Codificazione in frequenza): un aumento nella tensione muscolare è prodotto aumentando la frequenza di sparo dei motoneuroni (aumento della frequenza dei potenziale d'azione del motoneurone).

Il reclutamento delle unità motorie è un processo che avviene in modo ordinato, come descritto dal principio della dimensione o di Henneman. I motoneuroni più piccoli sono reclutati per primi, più aumenta la stimolazione centrale più sono reclutate unità motorie sempre più grandi. Questo ordine nel reclutamento permette che si realizzino per primi i gradi più fini di controllo motorio, precedendo quindi nei movimenti più grossolani. In questa maniera inoltre viene graduata la forza muscolare. I Riflessi possono essere distinti in base al tipo di fibre coinvolte. Riflessi che coinvolgono le fibre afferenti Ia I riflessi che coinvolgono le fibre afferenti Ia sono di due tipi, il Riflesso di Eccitazione Monosinaptica e il Riflesso di Inibizione Disinaptica. Il Riflesso di Eccitazione Monosinaptica è la base del riflesso di stiramento, ha la funzione di provocare una contrazione del muscolo che si opponga alla variazione di lunghezza del muscolo stesso; avviene per l’eccitazione dei motoneuroni alfa da parte delle fibre afferenti Ia che originano dai fusi neuromuscolari. Ogni fibra Ia proveniente da un singolo fuso neuromuscolare ha connessioni monosinaptiche con la gran parte dei motoneuroni che innervano lo stesso muscolo. Questo tipo di riflesso si attua anche, in modo monosinaptico, tra motoneuroni che innervano muscoli sinergici tra loro. Il Riflesso di Inibizione Disinaptica consiste in una inibizione, da parte delle fibre Ia e tramite un interneurone (interneurone inibitorio Ia), dei muscoli antagonisti. Questo meccanismo, noto come inibizione reciproca, fa si che un movimento possa avvenire senza l’opposizione di quei muscoli che avrebbero azione opposta. Riflessi che coinvolgono le fibre Ib La funzione del riflesso Ib è quella di agire come una sistema di feedback di tensione (e quindi di controllo della forza), producendo un feedback negativo quando la tensione nel muscolo supera un certo livello e quindi impedendo al muscolo di produrre ulteriore tensione. Ciò ha una funzione protettiva nei confronti di eventuali danni muscolari provocati da una eccessiva tensione muscolare. Le

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fibre afferenti Ib originano dagli organi tendinei di Golgi e vengono attivate da livelli crescenti di tensione muscolare producendo una inibizione crescente, tramite l’attivazione di un interneurone inibitorio (interneurone inibitorio Ib), nei motoneuroni omonimi e sinergici. Le fibre afferenti Ib eccitano anche disinapticamente i motoneuroni che innervano i gruppi di muscoli antagonisti, provocando perciò la contrazione di questi muscoli. I riflessi che coinvolgono le fibre afferenti Ib non sempre si vedono in condizioni normali, poiché superati da un input volontari provenienti da centri più elevati. Riflessi che coinvolgono le fibre afferenti del gruppo II Le fibre afferenti muscolari del gruppo II, originate dalle terminazioni sensitive secondarie del fuso neuromuscolare, quando attivate producono una eccitazione dei gruppi muscolari flessori (mediante una via disinaptica) ed una inibizione dei gruppi muscolari estensori (mediante una via trisinaptica), indipendentemente se originino nei muscoli flessori o estensori. Le fibre afferenti dai fusi neuromuscolari del gruppo II contribuiscono anche monosinapticamente all'attivazione del riflesso da stiramento. L'input delle fibre afferenti del gruppo II che origina nella cute produce anche l'eccitazione dell'insieme dei motoneuroni flessori e l'inibizione dell'insieme dei motoneuroni estensori, anche questo in maniera indipendente dalla posizione delle fibre afferenti cutanee. Queste afferenze variano in base all’entità dello stimolo, arrivando al completo riflesso di retrazione di tutto l’arto se lo stimolo è nocicettivo. Contemporaneamente vi è l'eccitazione dell'insieme dei motoneuroni estensori del lato controlaterale del midollo spinale provocando una estensione crociata. Tutto questo circuito di riflessi permette al peso del corpo di essere sostenuto dall'estensione controlaterale dell'arto, mentre l'arto ipsilaterale è ritratto dallo stimolo nocivo.

Vi sono molti tipi di fibre afferenti articolari del gruppo II ad adattamento lento e il quadro della scarica di ciascun tipo è dipendente dall'intervallo degli angoli articolari nei quali esso è attivo. I recettori articolari possono modulare l'attività dei riflessi spinali operando sui muscoli che agiscono sull'articolazione o attorno ad essa. Questi recettori possono modulare i riflessi in modo che l'articolazione non subisca una eccessiva rotazione in una direzione. I recettori di flessione sono capaci di inibire l'eccitabilità dei riflessi flessori, mentre i recettori di estensione possono inibire l'eccitabilità dei riflessi estensori. Ciò ha un ovvio ruolo protettivo nell'impedire ai riflessi di muovere l'articolazione in posizioni potenzialmente dannose.

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Il Midollo Spinale Nelle vie dei riflessi spinali molti interneuroni non sono legati esclusivamente ad un particolare riflesso, possono cioè ricevere input da più di una sorgente. Questi input possono comprendere differenti vie afferenti o discendenti da centri più elevati e hanno l’effetto di modulare l'eccitabilità di particolari vie riflesse attraverso la sommazione spaziale e temporale. Sono dunque responsabili di convergenza ed integrazione.

Ad esempio, l'interneurone inibitorio Ia riceve input non soltanto dalle fibre afferenti Ia, ma anche dai centri più elevati e dagli interneuroni inibitori antagonisti Ia. Gli input provenienti da questi ultimi entrano in connessione anche con i motoneuroni alfa e gamma che innervano lo stesso muscolo. Questi tre neuroni spinali insieme formano un'unità funzionale, la cui attivazione va a produrre la coattivazione dei motoneuroni alfa e gamma e l’inibizione dei muscoli antagonisti. Tramite questo meccanismo, quando il muscolo agonista si contrae, l'input Ia dai fusi neuromuscolari verrà mantenuto dall'input gamma e i riflessi di allungamento antagonisti saranno inibiti.

Oltre a ricevere input Ib dagli organi tendinei, l'interneurone inibitorio Ib riceve anche input da altre sorgenti: fibre afferenti cutanee a bassa soglia ed articolari (la loro attivazione può perciò alterare l'eccitabilità dei riflessi e degli insiemi dei motoneuroni, attraverso l'interneurone Ib inibitorio), input discendenti eccitatori (corticospinali, rubrospinali) ed input discendenti inibitori (reticolospinali).

Gli interneuroni possono regolare l'attività dei motoneuroni anche tramite un meccanismo definito di inibizione ricorrente. I motoneuroni alfa possono eccitare una speciale popolazione di interneuroni inibitori, definiti le cellule di Renshaw, i quali, tramite il rilascio di glicina, inviano informazioni di ritorno agli stessi interneuroni (feed-back negativo). Queste cellule si proiettano anche

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sui motoneuroni dei muscoli sinergici. La funzione di questa inibizione ricorrente è quella di limitare l'output dei motoneuroni in modo che soltanto le unità motorie fortemente attivate rimangano attive, mentre viene soppressa l'attività delle unità motorie debolmente attivate. Anche le rapide variazione della frequenza di sparo vengono limitate dall'inibizione ricorrente; infatti quando la frequenza di sparo di un motoneurone aumenta, aumenta anche l'entità dell'inibizione. Le cellule di Renshaw riducono anche l'inibizione Ia che agisce sull'antagonista inviando diramazioni anche agli interneuroni inibitori Ia che agiscono sui motoneuroni dei muscoli antagonisti. Input discendenti possono regolare l'eccitabilità delle cellule di Renshaw, in questo modo viene regolata l'eccitabilità dell'insieme intero dei motoneuroni.

I motoneuroni spinali ricevono anche input discendenti da centri nervosi superiori che quindi

possono controllare direttamente l'attività dei motoneuroni spinali o possono modulare l'eccitabilità dei riflessi spinali che coinvolgono questi motoneuroni. La Fig. che segue nella parte a) mostra i principali input discendenti al midollo spinale nella parte b) , invece, la collocazione nella sostanza bianca del midollo spinale delle vie nervose che provengono da questi centri superiori. Le vie discendenti terminano ed entrano in connessione sinaptica nella sostanza grigia del midollo spinale. La sostanza grigia può essere suddivisa in vari strati, in base al tipo di cellule che si trovano, gli strati sono denominati lamine di Rexed Queste lamine possono venir raggruppate in due regioni principali. La regione A contiene i motoneuroni che innervano i gruppi muscolari prossimali, cioè più vicini al midollo, rappresenta la porzione ventromediale della sostanza grigia; la regione B contiene i motoneuroni che innervano i gruppi muscolari distali, rappresenta la porzione dorsolaterale della sostanza grigia. Nella regione A della sostanza grigia terminano le fibre delle vie reticolospinali midollari e pontine e le fibre della via vestibolospinale che quindi, nel loro insieme, formano le vie ventromediali del midollo spinale. Queste vie sono importanti nel controllo dell'equilibrio e della postura, funzioni svolte prevalentemente dai muscoli prossimali, svolgono un ruolo importante inoltre nell'integrazione dei movimenti del corpo e degli arti, nei movimenti di orientamento del corpo e della testa e nel mantenere la direzione durante la locomozione. Le vie ventromediali hanno un'ampia distribuzione di terminazioni attraverso la sostanza grigia, con alcune che terminano in entrambi i lati del midollo spinale e che inviano ramificazioni a differenti segmenti spinali attraverso lunghi interneuroni propriospinali.

Nella regione B termina invece la via rubrospinale, che quindi forma una via dorsolaterale. Le vie dorsolaterali svolgono un ruolo cruciale nella coordinazione dei movimenti, nel controllo delle estremità e nel controllo motorio fine che che implica

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l'attivivtà di muscoli distali (ad es. manipolazione degli oggetti con le dita della mano). Vi è un certo grado di diffusione intersegmentale per mezzo di interneuroni propriospinali brevi.

Tratto Corticospinale

La principale via discendente coinvolta nel controllo motorio è il tratto corticospinale (o Via Piramidale), cioè quella via che lascia la corteccia motoria e viaggia verso i motoneuroni più bassi del midollo spinale (i secondi motoneuroni, cioè quelli che hanno il loro pirenoforo – corpo cellulare – nelle corna anteriori del midollo spinale). Gli assoni che decorrono nel tratto corticospinale, conosciuti come motoneuroni superiori, originano in molte aree corticali che si trovano vicino al solco centrale degli emisferi cerebrali. Il trenta per cento degli assoni origina nell'area 4 (il giro precentrale), cioè nella corteccia motoria primaria, un altro trenta per cento origina nell'area 6 (la corteccia premotoria), mentre il 40 per cento rimanente origina nelle aree 1, 2, 3 (la corteccia sensitivomotoria) e nell'area 8, un’area interessata alla coordinazione dei movimenti dell'occhio

Gli assoni del tratto corticospinale viaggiano fino al bulbo, dove la maggior parte delle fibre si incrociano nella linea mediana alla decussazione piramidale per poi viaggiare nel fascicolo dorsolaterale del midollo spinale formando la via corticospinale laterale. Le fibre corticospinali non

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crociate originano principalmente nell'area 6 e decorrono nelle colonne ventrali del midollo spinale, formando la via corticospinale ventrale. La maggior parte delle fibre non crociate e alcune delle fibre crociate terminano su entrambi i lati del midollo spinale.

Le fibre del tratto corticospinale laterale terminano sugli interneuroni della zona intermedia e sui nuclei motori della sostanza grigia del midollo spinale, precisamente sull'insieme dei motoneuroni che innervano i muscoli distali degli arti, si proiettano anche sulle terminazioni dei neuroni sensitivi del corno dorsale (lamine IV e V).

Le fibre corticospinali ventrali si proiettano sugli insiemi dei motoneuroni di entrambi i lati del midollo spinale che innervano i gruppi di muscoli assiali e prossimali, e anche negli interneuroni della zona intermedia, le fibre del tratto corticospinale ventrale inviano ramificazioni anche ai nuclei del tronco encefalico. Questo innervamento corticospinale degli insiemi dei motoneuroni bilaterali è particolarmente importante per quei gruppi di muscoli che devono svolgere una attività bilaterale coordinata, quali i muscoli respiratori e i muscoli mandibolari.

La corteccia motoria grazie alle terminazioni del tratto corticospinale direttamente sui motoneuroni del midollo spinale, ha la capacità di controllare singoli muscoli e gruppi di muscoli indipendentemente l'uno dall'altro. Questa capacità è definita frazionamento del movimento. Effetti delle Lesioni del Midollo Spinale sulle Vie Discendenti

Le lesioni delle vie corticospinali possono essere dovute a malattie vascolari, tumori, traumi o essere la conseguenza di malattie demielinizzanti. Le conseguenze delle lesioni dei tratti corticospinali possono produrre perdita della funzione motoria normale (e quindi indicate con dei segni negativi) o produrre una risposta motoria abnorme in conseguenza della rimozione delle normali influenze inibitorie discendenti sul midollo spinale (questi sono indicati segni positivi, a volte sono anche chiamati "fenomeni di rilascio").

Un esempio di segno negativo è la perdita del frazionamento osservata nelle lesioni della via corticospinale laterale. In tal caso, vi è una perdita del controllo discendente diretto dei motoneuroni spinali, i soggetti, quindi, oltre a mostrare debolezza e lentezza delle contrazioni volontarie, non sono più capaci di eseguire movimenti di precisione dei gruppi di muscoli distali, e sono perciò incapaci di afferrare piccoli oggetti tra due dita. Non vengono è però alterati la postura o l'equilibrio, poichè queste si fondano sui gruppi di muscoli assiali e prossimali controllati dalle vie corticospinali ventrali. Quando le lesioni riguardano le vie ventrali, i soggetti hanno difficoltà a sedersi o nello stare in piedi e nel mantenere la postura eretta. Un tipico segno positivo che accompagna le lesioni della via corticospinale laterale è il segno di Babinski (segno normalmente presente solo nei bambini, dove vi è una mielinizzazione incompleta delle vie corticospinali), caratterizzato da uno sventagliamento delle dita e all'estensione dell'alluce in risposta a percussioni alla parte esterna della pianta del piede, al posto della risposta normale che sarebbe quella di produrre la flessione di tutte le dita. Questa risposta è un riflesso di retrazione amplificato rilasciato a causa della lesione della via corticospinale che rimuove l'inibizione normale discendente di questa reazione. Una sezione completa del midollo spinale

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dà luogo ad una perdita completa ed immediata di tutta l'attività motoria al di sotto del livello della sezione. Viene perduto il controllo motorio sia volontario che riflesso; condizione nota come "shock spinale" che può persistere per molte settimane o anche mesi. Successivamente al periodo dello shock spinale, l'attività riflessa ritorna nei segmenti spinali al di sotto della lesione, però risulta notevolmente abnorme, con riflessi di flessione esagerati (iperriflessia) e cloni (contrazione ritmica e ripetitiva e rilassamento del muscolo quando viene allungato). In un periodo successivo, può comparire spasticità nei muscoli innervati dai segmenti spinali al di sotto del livello della lesione.

Le possibili cause dell'iperriflessia sono: • la sezione completa del midollo spinale potrebbe aver rimosso gli input inibitori

discendenti ai motoneuroni sottostanti alla lesione, rendendoli più facilmente eccitabili da parte degli input riflessi;

• vi potrebbe essere un aumento di sensibilità dei motoneuroni e degli interneuroni ai neurotrasmettitori;

• i terminali sinaptici dagli input discendenti negli interneuroni potrebbero essersi degenerati, lasciando dei "vuoti" sinaptici negli interneuroni, che sarebbero successivamente utilizzati dai terminali delle fibre nervose afferenti dalla periferia portando un aumento dell'input afferente agli interneuroni.

Le lesioni dei tratti corticospinali al di sopra del livello di innervazione di un particolare muscolo, o gruppo muscolare, produrrà perdita del controllo volontario di quel gruppo di muscoli e una perdita della funzione, questo viene definito “paralisi”.

A scopo esemplificativo viene elencata la classica nomenclatura delle lesioni spinali: • una sezione spinale completa ad un livello spinale alto (es. C6) darà luogo a paralisi dei

muscoli degli arti superiori ed inferiori, definita tetraplegia; • una sezione completa ad un livello più basso (es. L2), darà luogo a paralisi solo dei

muscoli degli arti inferiori, definita paraplegia; • una emisezione del midollo spinale porta a paralisi degli arti soltanto della parte colpita,

definita emiplegia.

Per ragioni didattiche vengono qui trattate anche le vie ascendenti del midollo spinale. Queste trasmettono l'informazione sensitiva dai recettori sensitivi situati nella periferia fino ai centri più elevati del sistema nervoso centrale tramite fibre afferenti che entrano nel midollo spinale e terminano nella sostanza grigia, alcune inviando anche ramificazioni che salgono nella sostanza bianca. Le fibre afferenti di grande diametro (le fibre afferenti Ia e Ib), terminano nelle lamine più profonde della sostanza grigia (lamina V o più profonda), mentre le fibre afferenti di diametro più piccolo (le fibre afferenti del gruppo III e IV) terminano nelle lamine I e II. In queste lamine le fibre afferenti primarie creano delle connessioni sinaptiche con i neuroni secondari; questi neuroni secondari sono coinvolti nei riflessi spinali, e/o mandano ulteriori ramificazioni ai centri più elevati attraverso le vie ascendenti della sostanza bianca. Le lamine di Rexed da I a V formano il corno dorsale della sostanza grigia; le lamine VI e VII costituiscono la zona intermedia; le lamine VIII e IX costituiscono il corno ventrale della sostanza grigia. In questa area sono collocati sei tra i principali nuclei di corpi cellulari:

1. La zona marginale (situata nella lamina I) serve come un relè per la sensazione di dolore e di temperatura ai centri più elevati.

2. La sostanza gelatinosa (situata nelle lamine II e III) integra le informazioni di dolore e temperatura da fibre afferenti di piccolo diametro, non mieliniche.

3. Il nucleo proprio (situato nelle lamine IV e V alla base del corno dorsale) integra informazioni sensitive afferenti con input discendenti dai centri più elevati.

4. Il nucleo di Clarke (presente soltanto ai livelli segmentali da T1 a L2 nella zona intermedia della lamina VII) è interessato alla trasmissione di informazioni propriocettive afferenti sulla posizione e sul movimento degli arti al cervelletto dove esse vengono elaborate.

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5. Il nucleo intermediolaterale (situato nella zona intermedia nella lamina VII) consiste di neuroni del sistema nervoso autonomo pregangliari.

6. I nuclei motori (situati nel corno ventrale della lamina IX) contengono motoneuroni che innervano i muscoli scheletrici.

Vi sono due principali vie ascendenti nella sostanza bianca del midollo spinale che trasmettono informazioni sensitive ai centri più elevati al fine di produrre una sensazione fisica cosciente e per far partecipare al controllo motorio i centri più elevati, questi sistemi sono:

• la colonna dorsale • il sistema lemniscale mediale; • il sistema anterolaterale;

La via costituita da colonna dorsale e sistema lemniscale mediale trasporta informazioni che riguardano il tatto e la propriocezione ai centri più elevati. La colonna dorsale convoglia informazioni lungo il midollo spinale al bulbo e viaggia ipsilateralmente; le fibre che vi decorrono originano dalle ramificazioni delle fibre afferenti primarie ed dai neuroni secondari dei nuclei del midollo spinale, terminano nel nucleo della colonna dorsale del bulbo.

Poichè le fibre afferenti entrano nel midollo spinale a differenti livelli e cominciano a salire, esse

occupano spazio alle porzioni laterali delle colonne dorsali, progressivamente che nuove fibre entrano dai segmenti spinali superiori, queste sospingono medialmente le fibre pre-esistenti nelle colonne dorsali; queste colonne quindi ai livelli segmentali più alti assumono una organizzazione somatotopica. Inoltre le colonne dorsali sono anche organizzate in due fascicoli distinti:

• il fascicolo gracile, posizionato medialmente, contiene fibre ascendenti dagli arti inferiori (fibre lombari e sacrali);

• il fascicolo cuneato, posto lateralmente, contiene fibre ascendenti dagli arti superiori e dal collo (fibre toraciche e cervicali).

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In ciascuno di questi fascicoli le fibre terminano nel bulbo, nell'omonimo nucleo della colonna dorsale e cioè nei nuclei gracile e cuneato, entrando in sinapsi con i neuroni di secondo ordine di questa via. Questi neuroni di secondo ordine passano poi dall'altro lato del tronco encefalico attraverso il fascio arcuato interno e risalgono al talamo attraverso la seconda porzione della via ascendente, il lemnisco mediale, anche quest’ultimo possiede una organizzazione somatotopica.

Il talamo agisce essenzialmente come una stazione di relé per le informazioni che salgono alla corteccia, in esso le fibre ascendenti entrano in sinapsi con i neuroni di terzo ordine. Nel talamo sono distinguibili due nuclei, il nucleo laterale posteriore ventrale (VPLN), che trasmette informazioni dal tronco e dagli arti, e il nucleo mediale posteriore ventrale (VPLN) che trasmette informazioni dalla faccia. Gli assoni dei neuroni di terzo ordine proiettano in alto, dal talamo fino alla corteccia, attraverso il braccio posteriore della capsula interna.

Il sistema anterolaterale convoglia informazioni che riguardano le sensazioni di dolore e di

caldo ed alcune informazioni circa la sensazione indistinta di tatto ai centri più elevati. Il sistema è suddiviso in tre vie principali: la spinotalamica, la spinoreticolare, la spinotettale. Le fibre afferenti primarie di questa via arrivano al midollo spinale a livello della zona marginale o sostanza gelatinosa della sostanza grigia del corno dorsale, qui entrano in connessione sinaptica con i neuroni di secondo ordine. Le fibre che viaggiano nel sistema anterolaterale sono quindi assoni di secondo ordine, i quali attraversano la linea mediana a livello del midollo spinale, alcuni di questi ipsilateralmente per alcuni segmenti spinali prima di attraversare la linea mediana, mentre altri la attraverseranno immediatamente. Le fibre anterolaterali terminano lungo tutto il tronco encefalico così come nel talamo. La via spinotalamica è deputata alla trasmissione delle informazioni che riguardano il dolore ai centri più alti. La via spinotalamica trasporta le informazioni che riguardano il dolore "veloce" mediato dalle fibre dei gruppi III e IV, mentre la via spinoreticolare quelle che riguardano il dolore "lento" mediato dalle fibre non mieliniche del gruppo IV. Il tratto spinoreticolare rilascia anche informazioni alla sostanza grigia periacqueduttale, un'area del cervello associata alla modulazione del dolore. Un altra importante via ascendente è la via spinocerebellare. Questa trasporta l’informazione propriocettiva inconscia dei muscoli, delle articolazioni e della cute al cervelletto per l'integrazione e la coordinazione di queste con l'efferenza motoria dalla corteccia.

Effetti delle Lesioni del Midollo Spinale sulle Vie Ascendenti

Le lesioni del midollo spinale possono influenzare la trasmissione di informazioni sensitive ai centri più elevati del sistema nervoso, l'entità della perdita sensitiva dipende dalla sede e dall'entità del danno. Per esempio, la sezione totale del midollo spinale provoca una perdita totale di sensibilità nella parte al di sotto del livello della sezione. Quando invece avviene una emisezione del midollo spinale (sindrome di Brown-Séquard) il quadro della perdita di sensibilità è più complesso, in questa situazione vi è una perdita della senso di posizione e vibratorio e del tatto dallo stesso lato della resezione, a causa dell'interruzione delle colonne dorsali in quel lato, ciò è accompagnato dalla perdita della sensibilità dolorifica e termica nel lato opposto, a causa dell'interruzione delle vie anterolaterali. Dato che l'incrocio delle fibre ascendenti nelle vie anterolaterali avviene lungo più segmenti spinali, è importante conoscere sia il livello sia l'entità di qualsiasi lesione spinale quando si analizzi il danno sensitivo che l'accompagna, il quale potrebbe esserne la conseguenza; saper indagare la distribuzione delle sensazioni dolorose, termiche e propriocettive, insieme alla conoscenza della innervazione dermatomerica, sono perciò importanti per determinare il livello e la natura di ogni lesione spinale.

La siringomielia è una patologia caratterizzata dalla formazione di cisti nel midollo spinale; la formazione prima riguarda solo la porzione centrale e poi, con il progredire della malattia, si estende anche in altre aree del midollo. Queste cisti tendono ad essere localizzate segmentalmente, e sono più

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comuni nei segmenti cervicali del midollo spinale. La formazione di queste cisti è accompagnata dalla progressiva perdita di sensibilità, cioè dall'abolizione bilaterale della sensibilità dolorifica e termica sulla porzione della cute che è innervata dai segmenti interessati. Ciò avviene a causa dell'interruzione degli assoni di secondo ordine che incrociano la linea mediana nella commessura anteriore del midollo. Al di sopra e al di sotto della cisti, la sensibilità non viene influenzata. Questa perdita della sensibilità può favorire l’insorgenza di lesione nelle aree della cute interessate senza alcuna sensazione di dolore (in particolare le bruciature), queste lesioni possono avere conseguenze serie se non percepite o se lasciate senza un opportuno trattamento. Controllo Corticale del Movimento

Il controllo esercitato dalla corteccia motoria origina dall’integrazione di molteplici informazioni che provengono da aree extramotorie cui si ascrive l’origine del pensiero e della volizione (l’idea del movimento). Altre connessioni cortico-corticali riguardano informazioni visive dalla corteccia occipitale (aree 17, 18, 19), informazioni somatiche dalla corteccia parietale (aree 1, 2, 3, 5, 7) e informazioni uditive dalla corteccia temporale. Questo convergere di informazioni da differenti aree della corteccia significa che l'input da recettori sensoriali visivi, uditivi deve essere usato per ottenere un movimento finalizzato nello spazio.

La corteccia cerebrale, così come abbiamo visto altre parti dell’encefalo, è organizzata in

maniera somatotopica (vedi figura sottostante). Questo significa che ogni parte del nostro organismo (sia ad esempio quella responsabile della funzione motoria sia quella responsabile della funzione sensitiva) è rappresentata a livello corticale. La maggiore rappresentazione implica a livello motorio una maggiore possibilità di eseguire movimenti fini e precisi (cui corrispondono in periferia un maggior numero di unità motorie) ed, a livello sensitivo, una maggiore possibilità di discriminare stimoli (e quindi maggiore numero di recettori ciascuno con minore ampiezza di campo recettivo).

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. Ogni emisfero cerebrale comunica con l'emisfero opposto attraverso il corpo calloso - il ponte di

fibre nervose che collega le due metà del cervello. Le cellule della corteccia sono disposte verticalmente in colonne di cellule che costituiscono l'unità funzionale di base del controllo corticale, e tutte le cellule nella stessa colonna condividono le stesse connessioni in entrata e in uscita. La stimolazione elettrica della corteccia dimostra che vi sono aree deputate al controllo di specifici atti motori, come ad esempio la flessione del gomito o la chiusura delle palpebre. E’ stata perciò identificata una mappa della corteccia motoria che viene sinteticamente esposta con l’homunculus motorius.

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In ciascuna di queste aree si riconosce la struttura colonnare che è identificata in zone efferenti

corticali. Le cellule nervose di queste zone efferenti ricevono input sia dal gruppo di muscoli controllati da quella particolare zona, sia da un'area della cute associata con la funzione di quel gruppo di muscoli. Ciò permette la modulazione dell'output motorio dalla corteccia sulla base delle informazioni afferenti ricevute dalle cellule corticali. Ciò è simile a quanto accade a livello spinale e, di nuovo, può essere in parte responsabile della modulazione dell'output motorio che può accompagnare le tecniche di facilitazione neuromuscolare propriocettiva.

Per avviare un movimento, le cellule corticali inviano impulsi diretti al midollo spinale circa 20-

50 ms prima dell'inizio del movimento e continuano a sparare impulsi durante il movimento. La frequenza dei treni di impulsi inviati è il modo con cui la corteccia controlla l'entità della forza prodotta dalla contrazione del muscolo. Al controllo del movimento partecipano anche altre strutture del cervello, quali i gangli della base e il cervelletto, che possono interferire con l’attività corticale esaltandola o deprimendola. L’identificazione delle aree di controllo del movimento è stata recentemente agevolata dall’impiego di diagnosi per immagini che valutano il flusso di sangue che in diverse situazioni funzionali viene erogato a zone specifiche della corteccia. Spasticità

La spasticità è una manifestazione patologica provocata da lesioni di motoneuroni corticali (ad es. dovuti ad un ictus) o dopo lesione trasversa del midollo spinale. La spasticità è caratterizzata da ipertonia (aumentato tono muscolare) e iperreflessia (anormale, esagerata attività riflessa). Lo sviluppo di questa compare generalmente in ritardo rispetto alla lesione iniziale sia che questa sia avvenuta a livello spinale che cerebrale. L’iperreflessia deriva, nel caso di lesione del midollo spinale, la mancanza del controllo superiore inibitore. L'ipertonia è dimostrata da un incremento di resistenza allo stiramento lento e passivo del muscolo. L'incrementata resistenza è dovuta all'esagerato riflesso da stiramento nel muscolo affetto. Ipertonia si osserva nei muscoli flessori degli arti superiori e negli estensori degli arti inferiori (entrambi sono muscoli antigravitari nel rispettivo arto). Nell’individuo normale la risposta riflessa contrattile del muscolo si ottiene soltanto quando lo stiramento del muscolo avviene bruscamente. Nel caso di lesioni delle vie motorie encefaliche o midollari il riflesso viene evocato da ogni modalità di stiramento. Registrazioni elettromiografiche dell'attività dei muscoli sottoposti a stiramento dimostrano che l'attività riflessa indotta nel muscolo è dipendente dalla velocità di stiramento; gli allungamenti più rapidi inducono contrazioni riflesse maggiori. Nei muscoli spastici, alcuni gradi di contrazioni riflesse sono osservati a tutte le velocità di stiramento, laddove nel muscolo normale ciò è di solito evidente solo con stiramenti molto rapidi (in modo analogo allo stiramento tendineo a scatto). Nei muscoli spastici, un rapido stiramento del muscolo può indurre una contrazione clonica - una rapida, ritmica sequenza di contrazioni e rilasciamento nel muscolo stirato.

L'aumentata eccitabilità del riflesso di stiramento potrebbe essere ricondotta a diversi meccanismi. Il primo è un' aumentata sensibilità allo stiramento dei fusi muscolari dovuto ad un incremento dell'attività dei motoneuroni gamma. Questo porta alla contrazione delle fibre intrafusali, aumentando di conseguenza la sensibilità delle terminazioni anulospirali allo stiramento imposto. Non ci sono prove che tale incremento nell'attività dei motoneuroni gamma sia stato osservato nei soggetti spastici, è perciò improbabile che questo meccanismo possa spiegare gli sproporzionati riflessi da stiramento. Un altro meccanismo é l'alterata eccitabilità riflessa nel midollo spinale dovuta a modificazioni della soglia di eccitabilità. La riduzione della inibizione che normalmente viene esercitata dai centri superiori sui motoneuroni potrebbe essere la causa della spasticità.

Il trattamento della spasticità si basa in buona parte sull'uso di alcuni farmaci per interferire sull'inibizione sinaptica nel midollo spinale. Il Baclofene inibisce gli effetti dei trasmettitori eccitatori rilasciati nel midollo spinale. Le benzodiazepine come il diazepam (Valium) accrescono l'inibizione sinaptica. Entrambi questi farmaci possono ridurre l’eccitabilità degli alfa motoneuroni. Il Dantrolene è un altro farmaco usato per trattare la spasticità che agisce direttamente sul muscolo inibendo il

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rilascio degli ioni calcio dal reticolo sarcoplasmatico e di conseguenza riduce la forza della contrazione muscolare. I Nuclei della Base ed il Sistema Motore Extra piramidale Il termine "nuclei della base" è impiegato per indicare i cinque nuclei sottocorticali che sono strettamente coinvolti nel controllo motorio: il nucleo caudato, il putamen, il globus pallidus, la sostanza nigra e il nucleo subtalamico. I nuclei della base non esercitano un controllo dell’attività dei motoneuroni attraverso le vie piramidali, e per tale motivo si dice che formano il sistema extra piramidale. Le connessioni tra le differenti strutture sono costituite da circuiti riverberanti che rilanciano in circuito i segnali da un nucleo all’altro . Inoltre esistono connessioni da e per le aree premotoria e motoria della corteccia cerebrale, della sostanza nigra e dei nuclei motori talamici. In sostanza il sistema rielabora il piano motorio emesso dalla corteccia verificandone l’idoneità ai fini proposti e correggendolo in corso di esecuzione.

L'integrità di queste connessioni e i trasmettitori usati a ciascun livello sono importanti dal punto

di vista clinico. Nel morbo di Parkinson c'é una riduzione o una distruzione della sostanza nera delle cellule contenenti dopamina. Con la perdita di questi neuroni dopaminergici (neuroni che esercitano i loro effetti per mezzo della dopamina) vengono a mancare i normali input inibitori dalla sostanza nera al corpo striato. Ciò a sua volta porta, alla disinibizione del corpo striato e quindi un'anomala sequenza di sparo delle cellule nel corpo striato e di conseguenza di quelle del globus pallidus. Dal momento che il globus pallidus si proietta alla corteccia motoria attraverso il talamo, c'é comunque in definitiva un alterato input dai nuclei della base alla corteccia motoria il che risulta in anomali segnali motori in uscita dalla corteccia. Questi anomali impulsi motori portano alla comparsa dei classici sintomi del morbo di Parkinson, ad es. il ritmico tremore a riposo, la rigidità, la lentezza nell'iniziare i movimenti (acinesia) e la lentezza durante i movimenti (bradicinesia).

Il tremore a riposo compare per prima nelle mani e nelle dita ed é spesso descritto come "movimento del contare i soldi tra il pollice e l'indice”. Nelle fasi successive della malattia , il tremore

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a riposo può interessare le labbra e la lingua e , in alcuni casi, i piedi. Questo tremore a riposo generalmente scompare durante i movimenti volontari, sebbene può persistere nelle fasi avanzate della malattia.

La rigidità associata al morbo di Parkinson si osserva durante la manipolazione passiva delle articolazioni ed interessa i gruppi muscolari sia dei flessori che degli estensori. In alcuni casi questa rigidità può essere vista come una rigidità "a ruota dentata", dove qualche elemento del tremore si sovrappone alla rigidità di base dei muscoli. L'acinesia e la bradicinesia associati al morbo di Parkinson sono evidenziati dalla fissità, dalla faccia dei soggetti che appare come una maschera, dalla ridotta frequenza della chiusura spontanea delle palpebre, dall'atteggiamento curvato del soggetto e dal il passo strascinato che si osserva durante la deambulazione. I soggetti con il morbo di Parkinson spesso vanno incontro a cadute che sono associate con la perdita delle normali risposte correttive a perturbazioni del passo e dalla mancanza di movimenti protettivi degli arti.

E' stato stimato che questi sintomi compaiono solo se più dell'80% dei neuroni dopaminergici sono stati distrutti. Se più del 20% di questi neuroni sono intatti, sembra che il sistema nervoso possa, in qualche modo, compensare i disordinati impulsi motori in uscita. Alcuni dei sintomi del morbo di Parkinson possono essere ricondotti alla normalità supplendo alla riduzione di produzione di dopamina mediante introduzione esogena, ma dal momento che la dopamina non può attraversare la barriera emato-encefalica, si deve somministrare un precursore L-DOPA (levodopa). L'L-DOPA é convertita in dopamina all'interno delle cellule nervose dei nuclei della base. Il trattamento con L-DOPA non ha sempre successo, e i suoi effetti non possono essere sempre di lunga durata anche quando la terapia abbia successo inizialmente - un deterioramento nella risposta all'L-DOPA é stato osservato in più del 40% dei pazienti in trattamento per più di cinque anni. Una terapia farmacologica addizionale può essere utilizzata per restaurare l'effettivo equilibrio tra la dopamina e l'acetilcolina nei nuclei della base riducendo gli effetti dell'acetilcolina. Ciò può essere ottenuto somministrando atropina o un farmaco atropina-simile come il benzexolo. Ricerche più recenti hanno suggerito che l'impianto di tessuto, embrionale possa aiutare a rigenerare i neuroni dopaminergici nella sostanza nigra , ma questa tecnica è ancora in fase sperimentale. Ricerche recentissime indicano che i fattori di accrescimento nervoso quali la linea glia-cellula derivata dal fattore neurotrofico (GDNF) possa essere capace di proteggere e riparare i neuroni dopaminergici della sostanza nigra, con un possibile utilizzo nel trattamento del morbo di Parkinson.

La corea di Huntington (o morbo di Huntington) é un altro disordine che interessa la funzione dei neurotrasmettitori nei nuclei della base; In questi casi c'é una riduzione nella produzione di acido gamma-aminobutirrico (GABA) nelle cellule del corpo striato. Di nuovo ciò comporta alterati segnali motori in uscita che si manifestano come lentezza nell'esecuzione dei movimenti fini, andatura atassica (movimenti goffi, non coordinati durante la deambulazione). Si possono osservare anche movimenti involontari della faccia e delle labbra. Quando la malattia progredisce, compare una graduale perdita di memoria associata a demenza. Il morbo di Huntington é una malattia ereditaria a carattere dominante che può interessare entrambi i sessi. Il Cervelletto

Il cervelletto é localizzato alla base del cervello divisa in due emisferi che sembrano una versione in miniatura degli emisferi cerebrali. Il cervelletto é formato da uno strato corticale esterno, di materia grigia, che circonda la sostanza bianca, che contiene in profondità tre paia di nuclei. Questi nuclei sono il nucleo del fastigio, il nucleo interposto (o interpositus) e il nucleo dentato. Sono questi tre nuclei che convogliano i segnali in uscita dal cervelletto. La superficie del cervelletto presenta numerose pieghe. Le pieghe - folia - decorrono lungo la superficie del cervelletto formando profonde fessure. Due di queste fessure sono più profonde delle altre, dividendo il cervelletto in tre lobi - l'anteriore, il posteriore ed il flocculonodulare. Il cervelletto é anche diviso in due emisferi da una striscia centrale nota come verme. Ciascuno dei tre lobi del cervelletto riceve impulsi da differenti sorgenti. Il lobo anteriore riceve impulsi dalle afferenze del midollo spinale (cute, muscoli, articolazioni e tendini) attraverso i tratti spinocerebellari. Il lobo posteriore riceve impulsi dalle

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afferenze corticali (corteccia frontale, parietale, occipitale, temporale). Il lobo flocculonodulare riceve impulsi dalle afferenze vestibolari (dai nuclei vestibolari del tronco encefalico).

La corteccia cerebellare comprende tre strati di cellule. Il più profondo di questi é lo strato

granulare, che contiene il corpo cellulare di piccole cellule granulari fittamente stipate. Sopra questo c'é uno strato di grandi cellule che inviano i segnali in uscita dalla corteccia del cervelletto ai nuclei profondi del cervelletto. Queste sono le cellule di Purkinje (così chiamate dal nome dell'anatomista Ceco). Lo strato più superficiale della corteccia cerebellare é lo strato molecolare, che contiene pochi corpi cellulari, ma che é costituito in massima parte da proiezioni e da dendriti che provengono dalle cellule granulari e da quelle di Purkinje. Lo strato molecolare contiene due tipi di neuroni che agiscono come interneuroni cerebellari - le cellule stellate e le cellule a canestro.

In sostanza, e con molta approssimazione, possiamo rappresentare le funzioni del cervelletto come:

• una integrazione dei segnali provenienti dai propriocettori e dai nuclei vestibolari (misura della posizione reciproca dei segmenti corporei e misura delle accelerazioni impresse a tutto il corpo) al fine di attuare una postura corretta;

• una verifica dell’idoneità degli ordini motori impartiti dalla corteccia ai fini richiesti (ad esempio: la forza misurata dagli organi tendinei è proprio quella richiesta?);

• memorizzazioni di programmi motori che sono risultati efficaci. Come tale il cervelletto è organo essenziale per apprendere ed eseguire compiti motori che implicano speciali abilità. Recentemente è stato suggerita una rilevante funzione cognitiva esercitata dal cervelletto.

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L'input alle cellule corticali del cervelletto proviene da due fonti. Gli impulsi in arrivo dal

midollo spinale e dai nuclei vestibolari sono convogliati da fibre note come fibre muscoidi (così chiamate a causa delle loro numerose ramificazioni dendritiche), che formano sinapsi con le cellule granulari. Il secondo gruppo di impulsi proviene da un nucleo sito nel midollo - l'oliva inferiore. L'oliva inferiore a sua volte riceve impulsi che provengono dal midollo spinale e dalla corteccia motoria e proietta alle cellule del Purkinje le fibre della via cerebellare note come fibre rampicanti. Dal momento che il cervelletto riceve impulsi dal midollo spinale, dalla corteccia motoria e da i nuclei del tronco encefalico, e a sua volta manda impulsi a queste strutture, si può ipotizzare che il cervelletto si occupi della pianificazione e dell'inizio del movimento e anche del controllo istante per istante del

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movimento man mano che procede. Questa modulazione, istante per istante, del movimento é data attraverso un controllo, da parte del cervelletto, degli impulsi a feedback che provengono dai propriocettori durante il movimento. L'inizio e il controllo del movimento si pensa avvengano in associazione tra la corteccia motoria e le altre aree corticali. Risultati recenti hanno suggerito che il cervelletto può funzionare come un insieme di generatori di programmi motori che controllano gli specifici movimenti degli arti. L'attività di questa rete di neuroni é sotto il controllo delle cellule del Purknje nella corteccia cerebellare, e può immagazzinare specifici programmi motori che sono stati precedentemente imparati. Quando richiesti, questi programmi motori possono essere richiamati dalla memoria e portati fuori sotto il controllo della corteccia cerebellare. Il cervelletto, essendo coinvolto nei processi di apprendimento di nuovi compiti motori, può quindi essere coinvolto nel riapprendimento di movimenti compensatori elaborati per ridurre inabilità patologiche.

Sindrome cerebellare

Le lesioni del cervelletto danno origine a diversi tipi di sintomi che complessivamente sono noti come "sindrome cerebellare". Questi sintomi includono ipotonia, atassia, disartria, nistagmo e tremore intenzionale.

L'ipotonia, o riduzione del tono muscolare, associata a patologia cerebellare é dovuta a una riduzione degli impulsi facilitatori cerebellari sul circuito del riflesso da stiramento del midollo spinale. Si osserva una riduzione nella resistenza passiva allo stiramento dell'arto.

L'atassia si manifesta come una incoordinazione dei movimenti, e si verifica quando il soggetto commette errori nella frequenza, forza e direzione dei movimenti. C'é una scarsa coordinazione tra l'attività dei muscoli agonisti e antagonisti. Ciò può condurre ad un'andatura barcollante e a scosse (simile all'andatura di un ubriaco), con gli arti allargati durante la deambulazione. Se al soggetto si richiede di toccare il proprio naso con la punta delle dita, si osserva una interruzione della normale armonia di movimento, con la traiettoria dell'arto che vaga considerevolmente prima di raggiungere il bersaglio richiesto. Ciò é noto come dismetria - inadeguata ampiezza e direzione dl movimento. L'atassia si osserva quando si chiede al soggetto di ruotare rapidamente le proprie mani al polso (movimento di prono supinazione nota del traduttore) con movimenti alternati. Il soggetto é incapace di mantenere un ritmo costante nel movimento. Ciò é noto come adiadococinesia. L'atassia può anche interessare i muscoli della fonazione e quando ciò avviene si manifesta come disartria - parlare sussultante e stentato, che talvolta é talmente grave da rendere il linguaggio non comprensibile.

Il nistagmo si presenta come un movimento a scatto a riposo degli occhi da un lato all'altro, che può essere accompagnato da movimenti ritmici della testa. Il soggetto può usare movimenti più frequenti e piccoli degli occhi (saccadici) per muovere la direzione dello sguardo da una posizione all'altra. I movimenti degli occhi sono comunque più scattanti, con i "movimenti di inseguimento" meno fluidi. Il nistagmo si manifesta quando la lesione interessa il lobo flocculonodulare del cervelletto.

Il tremore intenzionale si manifesta come un'agitazione ritmica degli arti durante i movimenti volontari. Si pensa che questo tremore, in parte, potrebbe essere un tentativo di compensare la dismetria che si verifica durante un movimento. Non si osserva il tremore a riposo tipico del morbo di Parkinson.

Queste alterazioni del movimento osservati nelle patologie cerebellari sottolineano l'importanza di una normale funzione cerebellare nell'ordinata esecuzione (coordinazione) di una normale azione motoria.

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I Recettori

In questa parte finale del capitolo sintetizziamo, a scopo chiarificativo, le più importanti funzioni dei recettori. Nell’organismo umano vi sono molti tipi di recettori, ognuno di essi ha una specifica funzione e, proprio per questo, una specifica struttura.

I fusi neuromuscolari sono recettori incapsulati (lunghi fino a 10 mm) situati nei muscoli

scheletrici e che sono sensibili alle variazioni della lunghezza del muscolo. Lo stiramento del muscolo allunga il fuso e distende così le terminazioni sensitive spirali. Ciò aumenta la scarica della fibra afferente, segnalando così la variazione di lunghezza al sistema nervoso centrale. Il fuso neuromuscolare contiene anche fibre muscolari scheletriche specializzate - le fibre intrafusali - che sono rifornite da motoneuroni fusomotori gamma. Quando le fibre muscolari intrafusali si contraggono, esse possono aumentare la sensibilità della terminazione spirale allo stiramento. L'attività dei motoneuroni gamma mantiene anche la scarica del fuso durante la contrazione del muscolo scheletrico. Oltre alla terminazione sensitiva spirale, il fuso muscolare possiede anche terminazioni sensitive secondarie (non mostrate) che sono situate più vicine ai poli del fuso. Esse danno origine al più lento gruppo II di fibre afferenti. Le terminazioni spirali primarie segnalano la velocità di variazione della lunghezza del muscolo e la variazione finale di lunghezza, cioè essi sono sensibili alla velocità e alla lunghezza. Le terminazioni secondarie sono più sensibili al cambiamento finale di lunghezza e hanno poca sensibilità alla velocità. Il numero di fusi neuromuscolari presenti nei diversi muscoli è variabile - un grande muscolo come il quadricipite può avre più di duecento fusi.

Gli organi tendinei del Golgi (Golgi tendon organs - GTOs) sono sensibili alle variazioni della

tensione muscolare e si trovano nelle fibre collagene del tendine del muscolo. Le terminazioni nervose si intrecciano lungo la rete di fibre collagene. Quando il muscolo si contrae le fibre di collageno si raddrizzano, comprimendo perciò le terminazioni nervose che passano in mezzo a loro. Questa compressione aumenta lo scarico delle terminazioni nervose, segnalando così l'aumento della tensione. Questa informazione viene trasmessa al sistema nervoso centrale attraverso le fibre afferenti Ib.

I recettori articolari sono dei meccanorecettori situati nella capsula di tessuto connettivo

dell'articolazione e nei legamenti articolari. Il movimento dell'articolazione provoca deformazioni della capsula o dei legamenti, alterando perciò la scarica dei recettori articolari. La scarica dei recettori articolari è sensibile alla posizione e segnala così le variazioni della posizione dell'articolazione al sistema nervoso centrale attraverso le fibre afferenti del gruppo II. Classi differenti di recettori articolari sono quelli che si adattano rapidamente e quelli che si adattano lentamente e perciò contribuiscono alla sensibilità alla velocità di variazione dell'angolo articolare e alla posizione statica dell'articolazione.

La cute contiene molti differenti tipi di recettori, fra questi ricordiamo: dischi di Merkel,

terminazioni di Ruffini, i recettori dei follicoli piliferi, i corpuscoli di Meissner e di Pacini, ed i nocicettori. I dischi di Merkel e le terminazioni di Ruffini sono recettori di pressione situati nelle porzioni più superficiali della cute, che segnalano l'intensità della pressione che viene applicata. I recettori dei follicoli piliferi rispondono al movimento dei peli sulla superficie della cute e sono sensibili alla velocità. I corpuscoli di Meissner e di Pacini sono recettori a rapido adattamento che reagiscono agli stimoli vibratori applicati alla cute. Le terminazioni nervose libere sono nocicettori che reagiscono agli stimoli dolorosi meccanici e chimici. In ciascuno di questi casi la natura della struttura accessoria del recettore associato con la terminazione nervosa è importante per determinare la funzione del recettore.

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L'apparato vestibolare è situato nell'orecchio interno e consiste nei canali semicircolari, nell'otricolo e nel sacculo. Il sistema vestibolare è sensibile alle variazioni della posizione della testa e del corpo nello spazio. I tre canali semicircolari sono orientati quasi ad angolo retto tra di loro, paralleli ai tre assi x, y, z. Essi sono riempiti di fluido ed hanno un'espansione - l'ampolla - che contiene la porzione sensitiva del canale. All'interno dell'ampolla c'è una cresta che si proietta entro l'ampolla. La superficie superiore della cresta contiene numerose cellule pilifere specializzate che si proiettano entro la cupula gelatinosa. Poichè i canali semicircolari sono pieni di fluido, ogni movimento della testa indurrà un movimento del fluido entro i canali. Questo movimento del fluido spinge sulla cupula provocandone il piegamento. Facendo ciò, essa piega anche i peli che vi sono incassati. Ciò altera la scarica delle fibre nervose associate alle cellule pilifere, segnalando perciò il cambamento di posizione della testa al sistema nervoso centrale. Questi recettori sono i più sensibili all'accelerazione e decelerazione del canale. Poichè i canali sono orientati in ognuno dei tre piani, il movimento della testa in qualsiasi direzione si può rilevare dalla somma e dall'integrazione dell'attività nervosa di tutti e tre i canali, insieme all'attività nei canali sul lato opposto della testa.

L'otricolo e il sacculo sono conosciuti insieme come l'organo otolita il quale segnala la direzione della forza di gravità. Le porzioni sensitive dell'organo otolita sono note come le macule - una macula nel sacculo orientata verticalmente e l'altra nell'otricolo orientata orizzontalmente. Ogni macula consiste di numerose cellule pilifere che si proiettano dentro un foglio di sostanza gelatinosa che contiene cristalli di carbonato di calcio. Quando la testa si muove in relazione alla forza di gravità, il foglio gelatinoso si muove sopra le cellule pilifere, piegandole. Come con i canali semicircolari, ciò altera la scarica delle fibre nervose associate con le cellule pilifere, e così segnala il cambiamento della posizione della testa al sistema nervoso centrale.