Esercizi: Il sistema nervoso

Osserva l'immagine del neurone. Indica quale numero segna i dendriti e quale segna l'assone, e spiega quale differenza c'è tra la funzione degli uni e quella dell'altro nella trasmissione dell'impulso nervoso.

Nomina le due grandi parti in cui si divide il sistema nervoso e cita almeno due organi che fanno parte di ciascuna di esse.

Ordina dal livello di organizzazione più alto a quello più basso le seguenti strutture del sistema nervoso e spiega il tuo criterio: neurone, encefalo, sistema nervoso, tessuto nervoso.

Spiega quali sono le tre parti principali di un neurone e qual è la funzione generale di ciascuna nella trasmissione dell'impulso nervoso.

Nomina i tre organi che formano l'encefalo e indica una funzione caratteristica di ciascuno.

Spiega quali strutture ossee proteggono l'encefalo e il midollo spinale, e perché questa protezione è così importante nel caso del sistema nervoso.

Indica se queste affermazioni sono vere o false e giustifica la tua risposta: a) il midollo spinale è protetto dalla colonna vertebrale; b) i nervi portano informazioni solo dal corpo verso il cervello; c) il cervelletto interviene nella coordinazione del movimento e nell'equilibrio.

Spiega la differenza tra un nervo sensitivo e un nervo motore, e fai un esempio di informazione trasportata da ciascuno.

Nell'immagine del neurone compare un rivestimento che ricopre l'assone a tratti. Nominalo, spiega qual è la sua funzione e spiega perché una malattia che lo distrugge, come la sclerosi multipla, provoca problemi di movimento e di sensibilità.

Descrivi il percorso dell'informazione in un semplice movimento volontario, come scrivere il tuo nome su un foglio: quale centro nervoso dà il comando, per dove viaggia l'impulso e quali tipi di neuroni intervengono.

Spiega che cos'è un atto riflesso e in che cosa si differenzia da un atto volontario. Fai un esempio di ciascuno e indica quale parte del sistema nervoso coordina principalmente ciascun tipo di risposta.

Spiega quale differenza c'è tra le risposte rapide che il midollo spinale coordina direttamente e le decisioni prese dal cervello, e fai un esempio quotidiano per ciascun tipo.

Quando alzi la mano per fare una domanda in classe, si avvia una risposta volontaria. Descrivi il percorso seguito dall'informazione: quale parte dell'encefalo decide il movimento, quale struttura lo coordina affinché sia preciso, per dove scende il comando e che cosa lo esegue alla fine.

Il bulbo rachidiano non interviene nelle decisioni coscienti e, tuttavia, una lesione a questo livello è mortale. Spiega quali funzioni automatiche del corpo regola e perché è considerato vitale.

Dopo un'anestesia locale dal dentista, la zona sembra «addormentata» e non senti dolore durante l'otturazione. Spiega che cosa succede ai nervi sensitivi della zona finché dura l'effetto e perché la sensibilità impiega un po' a tornare.

Il tempo di reazione è quello che passa da quando percepiamo uno stimolo a quando rispondiamo. Spiega perché aumenta quando si guida con il sonno o guardando il cellulare, mettendolo in relazione con l'elaborazione delle informazioni nel sistema nervoso.

In un ambulatorio di neurologia si esamina il riflesso rotuleo (colpo sul tendine sotto la rotula) e la sensibilità tattile in tre pazienti, ottenendo questi risultati:

• Paziente A: Quando riceve il colpo sul tendine, estende la gamba in modo automatico e normale, ma afferma di non aver sentito né il contatto né il colpo.

• Paziente B: Sente il colpo con assoluta chiarezza, ma la gamba non si muove in modo riflesso (anche se può estenderla se il medico gli chiede volontariamente di farlo).

• Paziente C: Non sente nulla e la gamba non si muove in nessun momento.

1. a) Basandoti sugli elementi che formano un arco riflesso (recettore, neurone sensitivo, midollo spinale, neurone motore ed effettore) e sulla loro connessione con l'encefalo, deduci in modo motivato in quale punto del circuito nervoso può trovarsi l'alterazione di ciascuno dei tre pazienti.
2. b) Perché in una persona sana il piede si ritrae di fronte a una puntura prima che sia cosciente del dolore?

Un motociclista ha un incidente e perde la sensibilità e il movimento delle gambe, ma mantiene intatti quelli delle braccia. In base alle tue conoscenze sul midollo spinale, spiega in quale parte della colonna si è probabilmente verificata la lesione e perché sono state colpite solo le estremità inferiori.

Analizza come agiscono due tossine diverse sulla sinapsi neuromuscolare (la giunzione tra il neurone motore e le fibre muscolari):

• Sostanza X (curaro): Si lega ai recettori del neurotrasmettitore nella cellula muscolare e li blocca, impedendo al neurotrasmettitore di interagire con essi.

• Sostanza Y (gas nervino): Distrugge l'enzima che degrada il neurotrasmettitore dopo il suo rilascio, facendo sì che questo rimanga indefinitamente nella fessura sinaptica.

1. a) Prevedi che cosa accadrà alla muscolatura di una persona esposta alla sostanza X e a quella di una persona esposta alla sostanza Y (i muscoli resteranno flaccidi e paralizzati, oppure in contrazione permanente e spasmo?). Giustifica la tua risposta in base al funzionamento della sinapsi chimica.
2. b) Anche se agiscono con meccanismi del tutto opposti sul muscolo, spiega perché entrambe le sostanze provocano la morte per asfissia se colpiscono i muscoli respiratori.

Arrivano al pronto soccorso due pazienti che hanno subito danni in diverse parti dell'encefalo:

• Paziente 1: È incapace di parlare e ha una paralisi motoria completa del braccio e della gamba destri, ma comprende perfettamente ciò che ascolta e mantiene l'equilibrio.

• Paziente 2: Parla con piena scioltezza e ha una forza normale nei quattro arti, ma è incapace di stare in piedi senza cadere e non riesce a coordinare movimenti semplici, come toccarsi la punta del naso con il dito.

1. a) Deduci in quale emisfero del cervello si trova la lesione del Paziente 1 e giustifica perché la perdita motoria si manifesta proprio sul lato destro del corpo.
2. b) Perché i sintomi del Paziente 2 indicano che il suo danno non è nella corteccia motoria del cervello? Giustifica quale altra struttura dell'encefalo è colpita.

L'encefalo umano pesa circa 1,4 kg ed è sospeso nel liquido cefalorachidiano all'interno della cavità cranica.

1. a) Utilizzando il principio di inerzia e l'anatomia delle meningi, spiega che cosa accade fisicamente all'encefalo all'interno del cranio quando uno sportivo subisce una decelerazione o una frenata brusca della testa («colpo di frusta»), e perché ciò può provocare una grave commozione cerebrale anche senza alcuna frattura ossea.
2. b) Un'azienda progetta un casco con un guscio esterno in acciaio indeformabile e afferma nella pubblicità: «Poiché il guscio esterno non si deforma né si rompe mai, l'encefalo è protetto al 100 % da qualsiasi commozione». Confuta scientificamente questa affermazione spiegando di quale tipo di protezione ha realmente bisogno l'encefalo all'interno del casco per ridurre le lesioni.

Un pedone sta per essere investito da un veicolo e ha due risposte successive:

• Risposta 1 (dopo 0,15 secondi): Salta sul marciapiede con un balzo, evitando l'impatto.

• Risposta 2 (dopo 10 secondi): Il suo battito cardiaco passa da 75 a 140 pulsazioni al minuto, inizia a sudare intensamente e le mani gli tremano. Questo stato si prolunga per quasi 10 minuti.

1. a) Identifica quale sistema di coordinamento (nervoso o endocrino) è il principale responsabile di ciascuna delle due risposte. Giustifica la tua scelta mettendo in relazione il tempo di reazione con il modo in cui viaggia il segnale in ciascun sistema.
2. b) Spiega perché la Risposta 1 cessa nell'istante in cui il corpo tocca il marciapiede, mentre la Risposta 2 impiega diversi minuti a scomparire anche se il pericolo è ormai passato.

A riposo assoluto a letto, una persona di circa 65 kg consuma una potenza energetica di circa 100 watt. L'encefalo, che ha una massa di appena 1,3 kg (il 2,0 % della massa corporea), consuma ininterrottamente circa 20 watt (il 20 % di tutta l'energia dell'organismo), sia durante la veglia sia nel sonno profondo.

1. a) Calcola il consumo energetico relativo per ogni chilogrammo di massa nell'encefalo (watt/kg) e confrontalo con il consumo energetico relativo per chilogrammo del resto del corpo. Quante volte è più attivo metabolicamente il cervello rispetto alla media del corpo a riposo?
2. b) Se durante il sonno profondo non muoviamo i muscoli volontari né riceviamo stimoli coscienti dall'ambiente, in quali attività cellulari e fisiologiche spende l'encefalo una tale quantità di energia? Spiega perché l'encefalo non può «spegnersi» durante il riposo.

Se ci facciamo un taglio sulla pelle, le cellule dell'epidermide si dividono attivamente per mitosi e la ferita cicatrizza in pochi giorni. Invece, se una persona subisce un trauma che recide il midollo spinale, la paralisi è di solito permanente.

1. a) Uno studente afferma: «Per curare il midollo spinale basterebbe iniettare sostanze che obblighino i neuroni sopravvissuti a dividersi per mitosi per colmare il vuoto, esattamente come fa la pelle». Confuta con due argomenti biologici l'idea dello studente, tenendo conto delle caratteristiche cellulari dei neuroni adulti e del modo in cui elaborano l'informazione.
2. b) Nei nervi periferici (come quelli che vanno al braccio), un assone tagliato può arrivare a rigenerarsi lentamente se il corpo cellulare del neurone sopravvive. Perché è molto più difficile recuperare la funzione dopo una lesione del midollo spinale che dopo un taglio di un nervo periferico del braccio?