Valutazione della correlazione tra forame ovale pervio ed emicrania con aura mediante NIRS: studio nel dominio del tempo e della frequenza

 Capitolo 1 – Il cervello e l’emicrania 
 
 
2 
concentrerà  sulla risposta dell’organismo alle principali manovre volte ad indurre 
vasodilatazione (apnea volontaria e manovra di Valsalva). Nella terza ed ultima parte 
verranno brevemente illustrate le caratteristiche peculiari dell’emicrania e i possibili fattori 
di rischio di tale patologia. In particolare, si discuterà della correlazione tra emicrania con 
aura e presenza di forame ovale pervio. 
 
1.2 Il cervello e il circolo di Willis 
Il cervello è un organo contenuto nella scatola cranica, da cui hanno origine e controllo 
sostanzialmente tutte le funzioni superiori del nostro organismo. E’ formato da due 
emisferi, destro e sinistro, connessi da una formazione mediana che prende il nome di 
corpo calloso. In ciascuno dei due emisferi cerebrali si distinguono quattro regioni 
anatomicamente determinate detti lobi (frontale, parietale, temporale e occipitale). Nella 
regione inferiore il cervello prosegue continuando nel midollo spinale. A questo livello si 
trova un’altra importante formazione, il cervelletto, che interviene in maniera determinante 
nel controllo del movimento e della postura.  
Il circolo di Willis è un poligono arterioso a sei lati, cui compete la funzione di irrorare il 
cervello. Esso è situato nella parte inferiore della testa, in posizione centrale, al di sotto dei 
lobi cerebrali e del cervelletto: è costituito nella parte superiore dalle due arterie cerebrali 
anteriori I, unite fra loro dall'arteria comunicante anteriore, da cui partono le arterie 
cerebrali anteriori II; lateralmente sono visibili le arterie comunicanti posteriori, le quali, 
originate dall'arteria carotide interna, raggiungono l'arteria cerebrale posteriore II dello 
stesso lato; nella parte inferiore si trovano le arterie cerebrali posteriori I, derivanti dalla 
biforcazione del tronco basilare, che dopo aver raggiunto le comunicanti posteriori 
diventano arterie cerebrali posteriori II [3].  
La figura 1.1 mostra come è posizionato il circolo di Willis all'interno della testa e come 
viene raggiunto dai principali vasi afferenti. Attraverso i tratti anastomotici del circolo di 
Willis è permesso il passaggio del sangue in varie direzioni realizzando un continuo 
conguaglio di portata fra arterie carotidi  interne e arterie vertebrali, bilanciando le 
pressioni nel circolo in modo da ottenere un’uniforme distribuzione del sangue in tutto 
l'encefalo. La parte terminale dell'arteria carotide interna, cioè quella che si riversa nel 
circolo, viene generalmente definita sifone della carotide. 
Per evitare brusche variazioni di flusso, questo tratto è dotato di varie anse che hanno la 
funzione di smorzare la pulsatilità del sangue prima che arrivi al cervello. Infatti, se il 
sangue arrivasse direttamente dalle carotidi e dalla basilare ai piccoli vasi cerebrali 
provocherebbe sicuramente dei danni a causa della pressione troppo elevata [4]. 
 
 Capitolo 1 – Il cervello e l’emicrania 
 
 
3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.1  Decorso e rami delle arterie carotidi interna e vertebrale, nel collo e nella cavità cranica. Il 
soggetto è osservato da dietro e dall'alto. Le arterie, insieme con le formazioni scheletriche, sono state 
ricostruite nella loro reale e reciproca disposizione spaziale; l'ampia resezione del cranio permette una 
visione completa del circolo di Willis [3]. 
 
 
Questo effetto è dovuto alla grande particolarità che ha tale rete di mettere in 
comunicazione tra loro i vasi principali. Le anastomosi reciproche tra queste arterie 
producono un duplice vantaggio: evitano che il cervello sia privato della necessaria 
irrorazione sanguigna in caso di ostruzione di una delle arterie afferenti e nello stesso 
tempo che sia raggiunto da un flusso di sangue troppo elevato. Per cautelarsi dal primo di 
questi rischi, in occasione dell'ostruzione di una delle due carotidi, l'altra compensa la 
mancanza fornendo un apporto maggiore di sangue; per quanto riguarda il secondo tipo di 
rischio, se giunge da uno dei vasi afferenti un flusso troppo abbondante, questo viene 
redistribuito attraverso la rete di Willis, in modo che tutto il cervello sia irrorato 
uniformemente. Questo è indispensabile; infatti, il cervello ha un elevato metabolismo e di 
conseguenza richiede un flusso di sangue continuo e spesso molto più alto del necessario, 
dato che è l'organo più sensibile all'ipossia ed in completa assenza di ossigeno può 
sopravvivere solo pochi secondi [5]. 
 
 
 
 Capitolo 1 – Il cervello e l’emicrania 
 
 
4 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.2   Immagine dei globuli rossi ottenuta al microscopio a scansione. Da notare la loro forma 
biconcava che gli consente di raggiungere un elevato rapporto superficie/volume agevolando così lo scambio 
di ossigeno con i tessuti. 
 
 
Pertanto lo scopo principale del circolo della base è di tutelare le condizioni di 
funzionamento regolare di tutte le arterie cerebrali; infatti queste ultime, per loro 
caratteristiche, sono arterie terminali, per cui un funzionamento scorretto o una completa  
inefficienza causa, nella zona del cervello di competenza di tali arterie, tutti i fenomeni 
relativi al deficit vascolare. Per sottolineare l'importanza del poligono di Willis si può 
ricordare che anche le arterie oftalmiche e uditive sono sotto il suo diretto controllo. 
  
1.3 Il sangue e l’emoglobina 
Il sangue è un particolare tessuto presente nel nostro organismo. Esso ha consistenza fluida 
ed è costituito prevalentemente da acqua (50% circa). Le sue principali funzioni sono : 
- trasporto di  gas disciolti (ossigeno dai polmoni ai tessuti e anidride carbonica dai 
tessuti ai polmoni) 
- distribuzione di sostanze nutritive assorbite nel tubo digerente o rilasciate dai depositi 
del tessuto adiposo o del fegato 
- trasporto dei cataboliti dai tessuti periferici ai siti di eliminazione (es. i reni) 
- consegna di enzimi e ormoni a specifici tessuti-bersaglio; 
- regolazione del pH e della composizione elettrolitica dei liquidi interstiziali in ogni 
parte del corpo; 
- riduzione delle perdite di liquidi attraverso i vasi danneggiati  
Dal punto di vista anatomico il sangue umano è un costituito da una parte liquida, il 
plasma, e da una parte corpuscolata che comprende globuli rossi, globuli bianchi e 
piastrine. Nel plasma si trovano disperse numerose famiglie di proteine, nonché ormoni, 
elettroliti e gas. I globuli rossi (detti anche eritrociti) hanno la funzione di trasportare 
l'ossigeno a tutte le cellule dell’organismo. Essi presentano la forma di un disco biconcavo, 
con un diametro compreso tra  6 e  9 µm e uno spessore di circa 1 µm. Il volume  medio 
 
 Capitolo 1 – Il cervello e l’emicrania 
 
 
5 
dei globuli rossi e di 95 µm
3
. I globuli rossi, come anche le piastrine, sono gli unici 
elementi dell'organismo privi di nucleo. Come gli altri elementi corpuscolati del sangue 
essi hanno origine nel midollo osseo; successivamente, vengono immessi nel torrente 
circolatorio dove restano per una durata di circa 4 mesi, finché, una volta invecchiati, 
vengono distrutti dalle cellule del sistema reticolo-istiocitario (principalmente nella milza).  
Il trasporto dell’ossigeno da parte dei globuli rossi è reso possibile dalla presenza di una 
particolare sostanza denominata emoglobina, una grossa molecola proteica contenente 
ferro, che rappresenta circa un terzo del peso della cellula. L’emoglobina è composta da 
una parte proteica filamentosa chiamata globina e da una porzione non proteica (più 
precisamente si tratta di un pigmento), molto più piccola della precedente, chiamata eme 
(ogni molecola di emoglobina contiene quattro molecole di eme). L’eme è costituito da 4 
anelli pirrolici e al centro da un atomo di ferro. La caratteristica peculiare dell’emoglobina, 
oltre a quella di donare il caratteristico colore rosso al sangue, è la sua  particolare affinità 
per l’ossigeno e per l’anidride carbonica. L’emoglobina nel sangue si può trovare sotto 
forma di ossiemoglobina, O
2
Hb,  emoglobina ridotta, HHb, e carbossiemoglobina HbCO, 
che è dei tre il composto più stabile.  
Passando negli alveoli polmonari, l’emoglobina, lega con l’ossigeno e, circolando nel 
torrente ematico, tende a rilasciarlo solo nei tessuti che non sono già sufficientemente 
ossigenati (proprio sfruttando la sua proprietà chimica di legare tale gas).  
Nella figura 1.4 è riportata la curva di dissociazione dell’ossiemoglobina, da cui si evince 
che con l’aumento della pressione parziale di ossigeno nel sangue (PO
2
) aumenta 
progressivamente anche la percentuale di emoglobina che si combina con l’ossigeno 
(definita come percentuale di saturazione dell’emoglobina). Poiché il sangue arterioso ha 
generalmente una PO
2
 di circa 95 mmHg, è possibile dedurre dalla curva  di  dissociazione 
la normale  saturazione  di ossigeno  nel  sangue arterioso (pari al 97 %). Di contro, nel 
sangue venoso la PO
2
 è di circa 40 mmHg e la saturazione di emoglobina è pari a  circa il 
75 %. 
Come si nota dalla figura 1.4, la pendenza della curva non è costante. In particolare, si 
osserva che per elevati valori di PO
2
 la forma della curva risulta meno ripida. Ciò significa 
che ad una forte variazione di PO
2
 si accompagna solo una lieve modificazione della 
quantità di O
2
 legato all’emoglobina. Questo fenomeno è da intendersi come protezione 
contro un’inadeguata ossigenazione del sangue a seguito di forti diminuzioni della PO
2
.  
Uno dei principali fattori che può spostare a destra o a sinistra la curva è la concentrazione 
di ioni idrogeno. Quando il globulo rosso viene distrutto,  l’emoglobina che si libera  viene 
scomposta in eme e globina che vengono poi  trasformati in amminoacidi o metabolizzati.  
Un litro di sangue contiene all’incirca 140-160 g di emoglobina, e poiché ogni grammo di 
emoglobina lega approssimativamente con 1.36 cc di ossigeno si ha che ogni litro di 
sangue può immagazzinare 200 cc di ossigeno (se invece l’O2 fosse semplicemente 
disciolto nel sangue si potrebbe raggiungere un massimo di 2.5 cc;  ne deriva un indubbio 
vantaggio da parte dell’organismo a possedere l’emoglobina)[5]. 
 
 Capitolo 1 – Il cervello e l’emicrania 
 
 
6 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.3   Curva di dissociazione dell'ossiemoglobina. La saturazione arteriosa di ossiemoglobina è messa 
in relazione con la pressione parziale di O
2
. Si osservi come l’ossiemoglobina risulti poco sensibile a 
variazioni di PO
2
 nel range di pressioni che va da 60 a 100 mmHg. La pressione parziale di ossigeno a cui 
corrisponde una saturazione del 50% è denominata P
50
 ed è normalmente di 27 mmHg. La curva di 
dissociazione è spostata verso destra dall'aumento della concentrazione di ioni H
+
 e a sinistra dalla riduzione 
di H
+
. L'emoglobina caratterizzata dallo spostamento a destra della curva ha una ridotta affinità per l'O2;  
viceversa, quella caratterizzata  dallo spostamento a sinistra della curva ha un'aumentata affinità per l'O
2
.  
 
 
1.4 I meccanismi di autoregolazione del flusso ematico locale   
Il corpo umano presenta migliaia di sistemi di controllo. I più complessi sono i sistemi di 
controllo genetico  che operano in tutte le cellule per controllare le funzioni intra ed extra-
cellulari. Molti altri sistemi di controllo operano all’interno degli organi per regolarne la 
funzione di singole parti, mentre altri operano per controllare le interrelazioni tra diversi 
organi. La maggior parte dei sistemi di controllo dell’organismo agisce in risposta ad uno 
stimolo mediante un meccanismo di feedback negativo; quando una determinata variabile 
fisiologica aumenta o si riduce (per via di uno stimolo), l’organismo reagisce con una serie 
di modificazioni che riportano quella variabile verso un determinato valore medio, 
mantenendo così l’omeostasi.  
Il controllo del flusso ematico locale può essere suddiviso in due attività: (1) controllo a 
breve termine e (2) controllo a lungo termine. 
Il controllo a lungo termine, si realizza con variazioni lente nel flusso, che si attenuano 
nell’arco di giorni, settimane o addirittura mesi. In generale le variazioni a lungo termine  
consentono una migliore regolazione del flusso in rapporto alle esigenze dei tessuti. I 
principali meccanismi che intervengono nell’autoregolazione a lungo termine sono: (1) 
variazione della vascolarizzazione dei tessuti; (2) fattori di crescita che promuovono 
angiogenesi; (3) sviluppo di circoli collaterali; (4) regolazione umorale. Per maggiori 
approfondimenti sui meccanismi di autoregolazione a lungo termine si consiglia di 
consultare il testo [5].