Caratteristiche e anatomia del Sistema Nervoso Autonomo

Il sistema nervoso autonomo lavora in stretta collaborazione con il sistema endocrino e con il sistema che controlla il comportamento per mantenere l'omeostasi corporea. Le informazioni sensoriali dai recettori somato-sensoriali e viscerali vanno ai centri di controllo omeostatico nell'ipotalamo e nel midollo allungato. Questi centri monitorano e regolano funzioni importanti, come la frequenza cardiaca, la pressione arteriosa, la regolazione della temperatura e il bilancio idrico. L'ipotalamo stesso contiene neuroni che rilevano l'osmolarità, e i termorecettori che rilevano la temperatura corporea. L'uscita efferente dell'ipotalamo e dal tronco encefalico dà origine a risposte autonome, a risposte endocrine e a risposte comportamentali, come per esempio bere, mangiare, vestirsi o spogliarsi per regolare la temperatura corporea. Comunque, la maggior parte degli organi interni è sottoposta a un controllo antagonista, in cui una delle branche autonomo è eccitatoria e l'altra è inibitoria. Per esempio, l'innervazione simpatica aumenta la frequenza cardiaca, mentre la stimolazione parasimpatica la diminuisce; di conseguenza, la frequenza cardiaca può essere regolata da modifiche del perso relativo del controllo simpatico e di quello parasimpatico. Eccezioni alla regola del doppio controllo antagonista sono le ghiandole sudoripare e il muscolo liscio della maggior parte dei vasi; in entrambi i casi i tessuti sono innervati unicamente dal sistema simpatico e la loro regolazione dipende esclusivamente da un aumento o da una diminuzione della sua scarica tonica. In generale, tutte le vie del sistema nervoso autonomo, sia simpatiche che parasimpatiche sono costituite da due neuroni posti in serie. Il primo neurone è detto neurone pregangliare, origina nel sistema nervoso centrale e proietta un ganglio autonomo situato all'esterno del sistema nervoso centrale. Qui il neurone pregangliare fa sinapsi con il secondo neurone della via, il neurone postgangliare, che ha il corpo cellulare nel ganglio e proietta il suo assone verso il tessuto bersaglio. La divergenza è una caratteristica importante delle vie autonome; infatti, ogni neurone pregangliare dalla divisione autonoma fa sinapsi nel ganglio in media con otto o nove neuroni postgangliari. Ogni neurone postgangliare a sua volta innerva differenti bersagli; in questo modo un singolo segnale originato nel SNC può influenzare più cellule bersaglio contemporaneamente.

Le principali differenze anatomiche tra la sezione simpatica e parasimpatica del sistema nervoso autonomo sono principalmente due: (1) le origini delle vie nel SNC e (2) la localizzazione dei gangli. Infatti, la maggior parte delle vie simpatiche origina a livello della regione toracica e lombare del midollo spinale. I gangli simpatici sono situati in due catene che decorrono parallelamente ai lati della colonna vertebrale. Gli assoni dei neuroni postgangliari escono dai gangli e formano lunghi nervi che raggiungono i tessuti bersaglio. Dal momento che la maggior parte dei gangli simpatici si trova in prossimità del midollo spinale, le vie simpatiche di solito hanno assoni pregangliari brevi e assoni postgangliari lunghi. Molte vie parasimpatiche, invece, originano nel tronco encefalico e lasciano il sistema nervoso centrale tramite alcuni nervi cranici. Altre vie, invece, originano nella regione sacrale, verso l'estremità terminale del midollo spinale, e controllano gli organi pelvici. In genere, i gangli parasimpatici si trovano direttamente in prossimità dei loro organi bersaglio, pertanto i neuroni parasimpatici pregangliari possiedono assoni lunghi, mentre i neuroni postgangliari hanno assoni corti. Comunque, l'innervazione parasimpatica riguarda primariamente la testa, il collo e gli organi interni. La principale efferenza parasimpatica è il nervo vago, che comprende quasi il 75% di tutte le fibre parasimpatiche. Il vago trasporta sia informazioni sensoriali dagli organi interni all'encefalo , sia segnali efferenti dall'encefalo agli organi interni.
Dal punto di vista chimico, i sistemi simpatico e parasimpatico vengono distinti in base ai rispettivi neurotrasmettitori e recettori:
I neuroni autonomi postgangliari sia simpatici sia parasimpatici secernono acetilcolina (ACh) su recettori colinergici nicotinici localizzati sui neuroni postgangliari;
La maggior parte dei neuroni simpatici rilascia noradrenalina sui recettori adrenergici delle cellule bersaglio;
I neuroni parasimpatici rilasciano ACh sui recettori colinergici delle cellule bersaglio.
Esistono alcune eccezioni a queste regole: alcuni neuroni postgangliari simpatici, come quelli che innervano le ghiandole sudoripare, secernano ACh anziché noradrenalina, e sono perciò chiamati neuroni simpatici colinergici. Inoltre, un piccolo numero di neuroni del sistema autonomo non secerne né noradrenalina né acetilcolina: perciò sono definiti come neuroni non colinergici-non adrenergici. I bersagli dei neuroni autonomi comprendono il muscolo liscio, li muscolo cardiaco, molte ghiandole esocrine, alcune ghiandole endocrine, il tessuto linfatico e un tipo di tessuto adiposo. La sinapsi tra il neurone postgangliare e le sue cellule bersaglio è detta giunzione neuroeffettrice. La struttura di una sinapsi autonoma si differenza dai modelli di sinapsi presi come modello finora, in quanto all'estremità degli assoni autonomi postgangliari presenta una serie di aree rigonfie simili alle perle di una collana. Ognuno di questi rigonfiamenti, detti varicosità, contiene vescicole piene di neurotrasmettitore. Le vie parasimpatiche, invece, presentano terminali assonali, detti bottoni terminali, che rilasciano il neurotrasmettitore. Le estremità ramificate dell'assone si trovano in prossimità della superficie del tessuto bersaglio, ma la membrana sottostante non possiede siti specifici ad alta densità di recettori. Infatti, il neurotrasmettitore viene rilasciato semplicemente nello spazio interstiziale e diffonde verso i recettori, a volte distanti dal sito di rilascio. Il risultato è una forma di comunicazione meno diretta di quella tra il neurone motore somatico e il muscolo scheletrico. Dal momento che il neurotrasmettitore autonomo viene rilasciato diffusamente, un singolo neurone postgangliare può influenzare un'ampia rea del tessuto bersaglio. Comunque, nel SNA la sintesi del neurotrasmettitore avviene direttamente nella varicosità dell'assone. I principali neurotrasmettitori del SNA sono l'acetilcolina e la noradrenalina, entrambe piccole molecole, facilmente sintetizzate dagli enzimi citoplasmatici. In neurotrasmettitore, sintetizzato nelle varicosità, viene quindi immagazzinato in vescicole sinaptiche. In questo caso, il processo del rilascio segue lo stesso modello delle sinapsi che abbiamo visto finora. Quando un potenziale d'azione giunge alla varicosità si aprono dei canali per il Ca2+ voltaggio-dipendenti, il Ca2+ entra nel neurone e il contenuto delle vescicole sinaptiche viene rilasciato per esocitosi. Una volta rilasciati nello spazio sinaptico, i neurotrasmettitori diffondono nel liquido interstiziale fino a incontrare un recettore sulla cellula effettrice, in questo caso maggiore sarà la sua concentrazione più prolungata o più intensa sarà la sua risposta, oppure si allontanano dalla sinapsi e vengono degradati.
A questo punto, la maggior parte delle vie simpatiche rilascia noradrenalina su recettori adrenergici. Infatti, la noradrenalina prodotta dai neuroni simpatici e l'adrenalina prodotta dalla midollare del surrene si legano a recettori adrenergici, che si trovano sulle loro cellule bersaglio. I recettori adrenergici possono essere di due tipi: α e β, con vari sottotipi per ciascuna classe. I recettori alfa sono quelli più diffusi del sistema nervoso simpatico. Essi rispondono intensamente alla noradrenalina e solo debolmente all'adrenalina. I tre principali sottotipi dei recettori beta, invece, differiscono l'uno all'altro per la diversa sensibilità: i recettori β1 rispondono con uguale intensità all'adrenalina e alla noradrenalina, mentre i recettori β2 sono più sensibili all'adrenalina e i recettori β3, che si trovano principalmente nel tessuto adiposo, più sensibili alla noradrenalina. Comunque, tutti i recettori adrenergici sono accoppiati a proteine G. Questo implica che la risposta sia di solito più lenta e di più lunga durata. La risposta funzionale delle cellule bersaglio dipende poi dalla via specificamente attivata. Per esempio l'attivazione dei recettori β1 potenzia la contrazione cardiaca, mentre l'attivazione dei recettori β2 fa rilasciare la muscolatura liscia di molti tessuti. I recettori α1, invece, attivano la fosfolipasi C e provocano la produzione di IP3, che apre i canali per il Ca2+, e DAG che innesca una serie di reazioni a cascata che porta alla fosforilazione di varie proteine. In generale, l'attivazione di questi recettori provoca la contrazione muscolare o secrezione per esocitosi. L'attivazione dei recettori α2, infine, causa riduzione dell'cAMP che determina il rilasciamento della muscolatura liscia (come nel tratto gastrointestinale) o la riduzione della secrezione (come quella del pancreas).
Le vie parasimpatiche rilasciano acetilcolina su recettori muscarinici. Di regola, infatti, i neuroni postgangliari secernano ACh sulle loro cellule bersaglio. I recettori muscarinici sono tutti accoppiati a proteine G. La stimolazione dei recettori attiva vie mediate da secondi messaggeri, alcuni dei quali causano l'apertura di canali per il K+ o per il Ca2+.
In questi ultimi anni, numerosi ricercatori hanno scoperto e sintetizzato una grande varietà di molecole agoniste e antagoniste. Gli agonisti e antagonisti che definiamo diretti si legano al recettore e mimano, oppure bloccano, l'azione del neurotrasmettitore. Mentre gli agonisti e antagonisti che definiamo indiretti agiscono indirettamente influenzando la secrezione, la ricaptazione o la degradazione dei neurotrasmettitori. Per esempio, la cocaina è un agonista indiretto, in quanto blocca la ricaptazione dell'adrenalina a livello delle terminazioni nervose adrenergiche, incrementando in tal modo l'effetto stimolante sulle cellule bersaglio. Anche molti farmaci utilizzati per curare la depressione sono agonisti indiretti sui trasportatori di membrana per i neurotrasmettitori, oppure sul loro metabolismo. Comunque, a partire dagli studi su agonisti e antagonisti, sono stati sviluppati molti nuovi farmaci.
Tutto quello che abbiamo detto finora può essere riassunto in quattro punti:
1.Le vie simpatiche e parasimpatiche sono entrambe costituite da due neuroni in serie (pregangliari e postgangliari). Un'eccezione a questa regola è la midollare del surrene, i cui neuroni simpatici postgangliari sono stati trasformati in un organo neuroendocrino;
2.Tutti i neuroni autonomi pregangliari secernano acetilcolina, che agisce sui recettori nicotinici. La maggior parte dei neuroni simpatici postgangliare secerne noradrenalina, che agisce su recettori adrenergici; i neuroni parasimpatici postgangliari secernano acetilcolina, che agisce su recettori muscarinici;
3.Le vie simpatiche originano dalle regioni toraciche e lombari del midollo spinale e la maggior parte dei gangli simpatici è localizzata vicino al midollo spinale. I neuroni parasimpatici, invece, lasciano il SNC a livello del tronco encefalico e della regione sacrale del midollo spinale. I gangli di quest'ultimi si trovano in prossimità dei tessuti bersaglio;
4.Il sistema simpatico controlla funzioni utili soprattutto nelle situazioni di stress e di emergenza. Il sistema parasimpatico è dominante durante il riposo e la digestione.