dr. med. Cosimo Savoia

Sintesi di Neuroanatomia funzionale

Questo testo è diviso in tre parti:

Approccio alla cibernetica

Applicazioni in Neurofisiologia ed in Neuroanatomia funzionale

Applicazioni in Rieducazione funzionale

A - APPROCCIO ALLA CIBERNETICA

I – generalità:

a) – il significato della parola greca “kubernensis”, azione di governo di un vascello, tramite la compensazione delle deviazioni e delle direzioni per mezzo del timone per rimanere sulla rotta programmata.

b) – il creatore di questa disciplina è Norbert Wiener. Pubblicò nel 1948 un lavoro avente per titolo: La cibernetica o il controllo della comunicazione, nell’animale e nella macchina”. Si riferì alla dimostrazione del funzionamento delle strutture complesse ed interdipendenti. E’ una scienza nuova.

c) - i campi interessati:

Le scienze fisiche

Fisica fondamentale (l’atomo)

                                   Fisica applicata (meccanica e termodinamica)

                                   Chimica (molecolare e sue reazioni)

                                   Elettricità ed elettromeccanica

                                   Elettronica

                                   Informatica

Le scienze naturali

                                   Biologia generale

                                   Biologia vegetale

                                   Biologia animale e principalmente: il sistema nervoso ed il sistema neuromuscolare

                                   Biocibernetica anche come regolazione ormonale

  Può essere applicato alle scienze umane (?)

d) – obiettivi della cibernetica applicata

Centralizzare le informazioni ed organizzarle tramite INTEGRAZIONE, per redistribuirle in forme differenti adattate a situazioni esterne (es. il ruolo della sostanza grigia nel cervello, il tronco cerebrale ed il midollo spinale) per controllare la loro programmazione. Ciò significa quindi un trattamento dell’informazione (data processing). Di fatto, c’è una stretta analogia con l’informatica. In breve: Ricezione (sensitiva o sensoriale), Integrazione, Programmazione motoria, Controllo delle funzioni motorie tramite circuito feedback.

Es. un database raccoglie informazioni multiple, in ordine casuale, ma può riorganizzarle: specificando i dati, le origini, le destinazioni, gli argomenti ecc..

La cibernetica studia l’organizzazione funzionale dei sistemi complessi, allo scopo di ottenere il miglior risultato possibile.

II – Concetto di SISTEMA

Un sistema è formato da un INSIEME di strutture elementari che stabiliscono relazioni tra loro (es. il vago è un sistema, un gruppo di neuroni anche; es. i nuclei grigi centrali). Sono le strutture interconnesse e intraorganizzate. La variazione di un solo elemento implica, se non compensata, la modificazione funzionale di tutto il sistema.

Il ruolo di un sistema è quello di salvaguardarsi dalle azioni fisiche (meccaniche, elettriche o chimiche; es. i neurotrasmettitori), con azioni che si inter-relazionano rilevando dati che si organizzano e si connettono gli uni agli altri.

In Biologia i sistemi sono permanentemente in equilibrio instabile ed oscillante (es. disequilibrio neurovegetativo). L’azione cibernetica può condurre ad una variazione programmata del sistema, o ad una correzione di variazione casuale, assicurando la stabilità relativa e fluttuante del sistema (es. l’omeostasi).

Esempio di sistema organizzato: Il Sistema Nervoso Centrale

L’esempio esemplificativo è la Funzione Dinamica, il cui risultato visibile è il MOVIMENTO. E’ basato quindi sull’organizzazione del Sistema NEUROMUSCOLARE.

(SN Centrale + SN Periferico + Muscolo + Articolazione + Segmento osseo).

a) – Storia: L’organizzazione neurologica del movimento è conosciuta, a grandi linee, dall’inizio del XX secolo, grazie ai lavori di Sherrington. Questa organizzazione è gerarchica:

- alla base del sistema si trova il midollo spinale che controlla l’attività riflessa

- superiormente, il cervelletto, le cui vie passano per il tronco cerebrale, assicura l’organizzazione dell’attività motoria e della coordinazione muscolare necessaria al movimento

- all’apice, per concludere, il cervello: i nuclei grigi (palencefalo), sono responsabili delle attività motorie automatiche; la corteccia (neuroencefalo) è l’iniziatore del movimento volontario.

Questa gerarchia funzionale non è mai stata messa in dubbio dalle scoperte successive, ma la conoscenza del funzionamento del sistema motorio è stata approfondita.

I  lavori recenti hanno introdotto concetti pluridisciplinari, adottati dalla neurofisiologia. Si riferiscono alla cibernetica (organizzazione delle vie nervose in circuiti – feedback e feedforward – che raggiungono gli organi comparatori), come in informatica (concetto di programmi motori prestabiliti o engrammi, (nuclei motori plurisegmentati del midollo spinale) lanciati tramite istruzioni tipo di macro-comandi. (es. movimento globale dell’arto superiore).

Si è visto che gli stimoli neurologici non sono rettilinei. Contengono dei relè sinaptici che consentono la trasmissione e l’orientamento degli impulsi. A parte gli assoni delle grandi cellule piramidali di Betz (area 4: via diretta cortico-spinale), le altre vie motorie sono disposte in circuiti retrogradi che si dirigono verso la loro fonte (circuiti retroattivi: feedback) o raggiungono i nuclei più lontani situati a valle del tratto (circuiti di feedforward).

b) – I circuiti in generale: Semplici funzioni di un sistema:

            1 – CIRCUITO APERTO: Sistema non asservito

                                                    In questo caso, il segnale di uscita è diverso da quello di entrata.

                  2 – CIRCUITO CHIUSO: Sistema  asservito

                                                           Feedforward   

                                                                          Feedback

                                     Circuito in feedback (informazione retrograda proveniente da un segnale distale a valle).

In caso di perturbazioni delle prestazioni del sistema, un organo comparatore in grado di integrare (es. il nucleo rosso o il sistema olivare) trasmette un segnale compensatorio retrogrado (feedback) che permette una correzione differenziale del segnale di entrata nel sistema. Il segnale di entrata è così modificato per compensare la perturbazione intercorrente. Per concludere, il segnale in uscita, compensato, è in conformità ai parametri del segnale di entrata.

B – APPLICAZIONI IN NEUROFISIOLOGIA ED IN NEUROANATOMIA FUNZIONALE

1) Le condizioni fisiche del movimento:       

L’attività motoria del soggetto, o movimento, continua nell’ambiente esterno che è sottoposto a forze permanenti o casuali, ma tutto il movimento richiede un sostegno iniziale.  

– Il  sostegno: per il tronco e gli arti inferiori è costituito dall’appoggio al suolo. Per gli arti superiori, si tratta di un sostegno a parecchi livelli: sostegno prossimale sul

 tronco, sostegno intersegmentario attraverso le articolazioni intermedie e distali. Es. gli arti superiori eseguono movimenti nello spazio, nonostante il loro peso.

– Forza di gravità: è una forza naturale, permanente ed impossibile da aggirare. Tutta la muscolatura, del tronco o degli arti, lotta permanentemente contro la forza di gravità. Questo ruolo è svolto dalla muscolatura posturale. L’informazione proviene dall’appoggio plantare al suolo e dalla percezione del peso del corpo (esterocettori, barocettori, propriocettori volontari – recettori articolari – ed involontari – fusi neuromuscolari -). Il trattamento dell’informazione e del comando neurologico centrale risiede nell’area paleoencefalica del cervello e nel paleocervelletto (sistema paleomotore).

– Le forze casuali provenienti dall’ambiente: sono spinte o spostamenti inerziali (es. ascensori, autobus, spinte accidentali ecc.). Queste forze sono verticali o orizzontali (sagittali, trasversali o rotatorie) e mettono in gioco il mantenimento dell’equilibrio per lo spostamento del centro di gravità fuori dal poligono di sostentamento. L’informazione viene dal vestibolo ed il trattamento centrale avviene nell’archeo-cervelletto (sistema archeo-motore).

– In base all’appoggio di base coadiuvato dai rapporti inter segmentari: lo spostamento volontario e balistico degli arti è effettuato dai muscoli a lunga portata (muscoli poliarticolari). E’ un movimento apparente (sistema neomotorio)?.

- All’estremità degli arti: stabilizzati o in movimento, i piccoli muscoli distali sono deputati ai movimenti selettivi di precisione (via piramidale).

Si è visto che un movimento normale richiede tutte le fasi motorie sopracitate.

2) VIA PIRAMIDALE: Struttura e Funzioni

a ) –  Concetto morfologico

L’anatomia morfologica interna del cervello descrive l’origine degli assoni piramidali nello spessore dell’area 4, a ventaglio, nel centro ovale della  sostanza bianca cerebrale. Dopo torsione, l’insieme degli assoni motori si raccoglie, formando un fascio compatto che passa nel fascio posteriore della capsula interna. Il fascio, attraversando la base del cervello, entra nel mesencefalo, occupando una larga parte dei peduncoli cerebrali. Il fascio si dissocia nel ponte e si raccoglie nelle piramidi del midollo allungato. Nel quarto inferiore del midollo allungato il fascio si divide in:- fascio piramidale diretto e crociato (decussatio piramidale).

Dal punto di vista morfologico, il termine di “fascio piramidale” è giustificato.

b) – Concetto neurofisiologico e funzionale

Lo studio citologico dell’area 4 (area motoria principale), indica la presenza delle grandi cellule piramidali di Betz, i cui assoni costituiscono la via cortico-spinale diretta. Ma l’area 4 contiene nella maggior parte piccole cellule piramidali, come le aree motorie associative (6, 5, 7, 21, 22). Gli assoni motori di queste cellule scendono nel fascio piramidale. Alcuni raggiungono il corno ventrale della sostanza grigia nel midollo spinale, altri costituiscono la via cortico-reticolo-spinale inibitoria. Gli assoni rimanenti, nella maggior parte, partecipano alla formazione dei circuiti di regolazione motoria andando verso il cervelletto e tornando alla corteccia motoria  le cui fibre efferenti scendono nella via piramidale.

In breve, la struttura del fascio piramidale è eterogenea:

Ci sono 35000 grandi cellule piramidali di Betz, in area 4, cioè il 2-3% degli assoni motori del fascio piramidale.

Circa 60% degli assoni motori del fascio, provengono dalle piccole cellule piramidali dell’area 4.

Circa il 40%, provengono dalle aree motorie associative (6, 5, 7, 21, 22).

Un’altra quota di fibre corrispondono alle connessioni cortico-striate (circuito cortico-striato principale).

In base a questi presupposti, il fascio piramidale può essere definito la “Via piramidale”. Grande via della motricità volontaria che garantisce l’asservimento, in senso cibernetico, delle strutture motorie sottostanti necessarie all’esecuzione del movimento normale.

3) Nuovo approccio alle funzioni muscolari

Le funzioni muscolari possono essere studiate secondo 3 livelli concettuali:

a) – funzioni analitiche. Derivabili dall’anatomia morfologica. La funzione di un muscolo è dedotta dalla relativa posizione sullo scheletro, del livello delle relative inserzioni distali e prossimali, della direzione e del senso. La contrazione e l’accorciamento conseguente mobilita i segmenti scheletrici. E’ una funzione biomeccanica di base, sottoposta alle leggi fisiche delle leve. E’ una funzione lineare semplice. Viene studiata nei primi anni di anatomia e non è possibile ignorarla.

b) – funzioni sintetiche. Nel contesto del movimento, un muscolo non funziona mai isolato. Anche nel caso di un movimento distale molto preciso, esiste un concorso da parte dei muscoli vicini intermedi e prossimali, che assicurano il sostegno e lo spostamento dell’arto. E’ stato dimostrato che i gruppi muscolari reclutati per un movimento funzionano in catene muscolari cinetiche aperte o chiuse (muscoli poli-articolari) e in coppie agonisti/antagonisti muscolo (mono-articolari) che garantiscono la postura.

c) – funzioni dedotte dal patrimonio isto-enzimatico delle fibre muscolari (tecniche istochimiche).

Dopo i lavori di Burke ed Endel, sappiamo che ci sono almeno due tipi di fibre muscolari: fibre dei tipi I o S (Slow = lente) e fibre di tipo II o F (Fast = veloce). Questa distinzione è basata sull’analisi istochimica delle fibre e rivela l’importanza della loro struttura in enzimi glicolitici (ATPasi ed enzimi ossidativi). Le fibre I corrispondono alla vecchia denominazione di muscoli rossi o (lenti),  facendo riferimento ai loro tempi di contrazione. Le II corrispondono ai muscoli bianchi o (veloci). All’interno del gruppo II sono stati descritti due sottogruppi: gruppo II A o FR (resistenti alla fatica) e gruppo II B o FF (veloci e stancabili). Questi ultimi due gruppi si differenziano per il loro contenuto in enzimi glicolitici e per i tempi di contrazione. (Granit e coll. 1956/57):

Le fibre I o S sono a funzione tonica

Le fibre II A o FR sono a funzione posturale

Le fibre II B o FF sono a funzione fasica

Ogni muscolo scheletrico contiene due o tre tipi di fibre, in proporzione variabile, disperse nel corpo muscolare. La struttura e la funzione di un muscolo non sono omogenee. Da questo punto di vista, la funzione principale di un muscolo è condizionata dalla preponderanza di una o due popolazioni di fibre nel contesto di un muscolo.

Si potrà rammaricarsi attualmente di non avere i dati istochimici per tutti i muscoli dell’anatomia umana.

L’ipotesi suggerita qui, è che ogni sistema motore centrale (archeomotore: tono ed equilibrio; paleomotore: motricità automatica posturale; neomotore: motricità volontaria), è responsabile dell’attivazione di una popolazione particolare di unità motrici, concernente le fibre muscolari della stessa funzione, distribuite in muscoli differenti.

Ciò modifica il concetto di muscolo, come corpo funzionale specifico, ma designa il concetto di un muscolo a molteplici funzioni che lavora in sinergia in catene muscolari, reclutando popolazioni di fibre muscolari della stessa funzione, in muscoli vicini ma differenti. Quindi nella flessione volontaria del gomito ci sono fibre muscolari dello stesso tipo contenute nel bicipite e nel brachioradiale (supinatore lungo) che sono stimolate simultaneamente. A livello centrale, le vie motrici responsabili sono quelle del sistema neomotore.

Le fibre I o S (toniche) dipendono dal sistema miotattico e dall’archeomotore; le fibre II A o FR (posurali) dal sistema paleomotore e le fibre II B o FF (fasiche) dal sistema neomotore. Poiché ogni muscolo contiene, in quantità variabile, le tre popolazioni di fibre, si comprende meglio il concetto del loro perfetto adattamento tonico-posturale  alle variazioni costanti della balistica motoria che quello di catena muscolare. In breve, l’unità muscolare funzionale non è il muscolo in quanto organo isolato, ma l’unità motoria.

C – APPLICAZIONI ALLA RIABILITAZIONE FUNZIONALE

Metodologia in kinesiterapia:

1- (Kt) Passiva analitica, essenziale per effettuare valutazioni

2- (Kt) Attiva analitica:

-         libera

-         aiutata da terapie multidisciplinari

-         con lavoro controresistente ( terapia manuale, con molle, con pesi)

Due concetti a questo punto sono importanti: ATTIVO e SFORZO

3 – (Kt) Attiva globale: agli arti può essere ipsilaterale (lato della lesione)

- libera o sottosforzo

Corrisponde ai gesti reali della vita di tutti i giorni ed usa le catene muscolari cinetiche (muscoli poliarticolari) così come i gruppi muscolari antagonisti (muscoli monoarticolari). I supporti neuroanatomici delle catene cinetiche sono i nuclei motori plurisegmentari dei Rigonfiamenti midollari.

4 – Riabilitazione neuro-muscolare propriocettiva (si intende come propriocettività inconscia sensibilità muscolare allo stiramento, implicante i fusi neuro-muscolari)

Le tecniche di riabilitazione neuro-muscolari propriocettive (riprogrammazione neuro-motoria) ( Bobath, Kabat Rood). Usano, allo stesso tempo, il concetto di diffusione dello stimolo nervoso per travaso d’energia per ottenere l’inibizione della contrattura centrale e la contrazione dei gruppi muscolari a distanza. Es. l’arto superiore dell’emiplegico nello stadio della spasticità. Il deficit funzionale ha due cause: la perdita del movimento volontario e la contrattura centrale dei muscoli paralizzati. La preoccupazione principale è di eliminare la spasticità nella speranza di un recupero neuromotorio (totale o parziale).

5 – (Kt) Attività globale controlaterale, controresistenza (dal lato sano)

Secondo Kabat, il mezzo più sicuro per reclutare il numero maggiore di unità motorie in uno o più muscoli a distanza, è l’applicazione della       resistenza al movimento volontario. Le unità motrici responsabili dello sforzo controresistente, sono le unità motrici tonico-posturali e non quelle fasiche. Nello sforzo più importante, c’è uno straripamento proporzionale all’impulso tonico-posturale sia nei muscoli vicini che in quelli contro laterali. Le connessioni sinaptiche tra gli interneuroni della VII lama nel midollo spinale, permettono la diffusione controlaterale con l’inibizione degli stessi muscoli dal lato spastico. Effettivamente, nel movimento globale normale, la postura controlaterale è alternata con quella dell’arto attivo con azione d’inibizione negli stessi muscoli dal lato opposto (esempi sportivi: gli arti superiori nello stile libero del nuoto, lancio del peso, lancio del giavellotto o il bilanciamento automatico alternato nella marcia).

L’ipotesi qui fatta è che lo straripamento dell’impulso tonico da sforzo significativo nell’arto sano, esercita una inibizione controlaterale sulla contrattura centrale dell’arto spastico.

Tratto da: http://www.anatomie-humanie.com/neuroa/synth.html