Gangli della base

Gangli della base

Dal prosencefalo primitivo si sviluppa in basso il diencefalo (con il terzo ventricolo) e in alto una struttura che in seguito formerà il telencefalo con due cavità le quali diventeranno i ventricoli laterali. Il telencefalo è fatto di un mantello corticale che costituisce il pallio (=mantello) o corteccia cerebrale. Alla base delle due vescicole telencefaliche si sollevano due grossi abbozzi che andranno a costituire, nel complesso dei due emisferi, il corpo striato, formazione composta da più nuclei disposta al di sotto della corteccia e immersa nella sostanza bianca degli emisferi. Ed è a causa del passaggio di queste fibre che attraversano questi grossi nuclei che essi nel complesso prendono il nome di striato.

Terminologia

I gangli della base comprendono anatomicamente nuclei di sostanza grigia disposti alla base del telencefalo. Essi sono il corpo striato, il claustro e l'amigdala. Clinicamente e funzionalmente sono considerati gangli della base anche strutture non telencefaliche come il nucleo subtalamico e la sostanza nera pars reticolare del mesencefalo.

Il corpo striato è formato dal nucleo caudato, putamen, pallido esterno e pallido interno di cui la sostanza nera pars reticolare è un'estensione mesencefalica. Il corpo striato nella filogenesi compare in due momenti per cui si definisce un paleostriato e un neostriato. Nucleo caudato e putamen sono nell'insieme anche detti striato o neostriato. Il pallido, esterno ed interno, sono anche detti paleostriato. Per la forma che assumono in sezione, putamen e pallido, sia esterno che interno, vengono detti nucleo lenticolare. Antero-ventralmente al nucleo caudato è presente il nucleo accumbens o anche detto striato ventrale.

La terminologia clinica permette di spiegare malattie, come il morbo di Parkinson (classificato tra le patologie dei gangli della base) che altrimenti non potrebbero essere definite tali, essendo colpita nel Parkinson la sostanza nera pars compatta (che è mesencefalica) la quale anatomicamente non rientra nei gangli della base. La sostanza nera con la sua imponente proiezione nigro-striatale sta insieme allo striato e la funzione motoria che sottende è una funzione che tanto esiste in quanto mette insieme queste parti. Alcune di queste parti che sottendono alla funzione motoria si trovano nel mesencefalo e nel diencefalo anche se nell'embrione non sono originate in queste regioni.

Quindi queste strutture facendo circuito con i gangli della base ne fanno parte e, essendo le componenti che determinano la motricità, degenerando o non funzionando determinano la malattia.

Descrizione

La parte più cospicua dei gangli della base è determinata dal corpo striato che si estende dall'avanti all'indietro al di sotto degli emisferi cerebrali coperto rispettivamente dal polo frontale, temporale, parietale e occipitale. Lateralmente al corpo striato, sempre dall'avanti all'indietro c'è il claustro, formato da una sottile lamina di sostanza grigia. Inferiormente al corpo striato, accolta nel polo temporale, c'è l'amigdala la quale è un componente del sistema limbico.

Tolto dal contesto dei fasci lo striato è composto da una serie di nuclei le cui strutture non sono separate tra loro e i cui neuroni "sono in continuità". Il nucleo più esteso è il caudato, un grosso nucleo che origina con una grossa testa nella parte più anteriore a livello del lobo frontale. Il caudato si porta in alto e posteriormente con il corpo, quindi posteriormente scende in basso per poi volgere anteriormente ed infliggersi con la coda nell'amigdala. Medialmente e ventralmente alla testa del caudato si nota un grosso ammasso di cellule che forma il nucleo accumbens (=accovacciato), centrale nell'edonismo. Disposto più lateralmente e legato da una serie di ponti di sostanza grigia con il caudato c'è il putamen, l'altro grande nucleo del neostriato. Medialmente al putamen c'è una sorta di conchiglia fatta da due valve , una più piccola e una più grande. Entrambe sono formate da un piccolo numero di cellule abbastanza grandi e sono attraversate da molti fasci di sostanza bianca. La sostanza bianca che attraversa questi nuclei gli dà aspetto pallido e per questo prende il nome di globo o nucleo pallido (o solo pallido). Il pallido non è un unica struttura ma è formato da due nuclei, uno molto grande, il pallido esterno, che si confina lateralmente con il putamen e un altro, il pallido interno, disposto più medialmente. Dal punto di vista visivo putamen e pallido formano una sorta di lente con parete biconvessa da entrambi i lati. Questa caratteristica fa si che i due nuclei nell'insieme vengano definiti nucleo lenticolare. Tale denominazione è importante in clinica perchè si descrivono formazioni retro lenticolari o sottolenticolari (come anche la capsula interna che ha una parte sotto e retrolenticolare) ecc e questi segmenti sono repertati in vari danni cerebrali.

In una sezione coronale a livello anteriore del polo temporale (fig.31), appare medialmente la testa del nucleo caudato che con la sua parete mediale borda i corni anteriori dei ventricoli laterali formandone la parete laterale. Lateralmente al caudato, e unito ad esso da ponti di sostanza grigia compare, il putamen. Tra caudato e putamen decorre, interrotta a tratti dai ponti di sostanza grigia, la capsula interna con il suo braccio anteriore. Il putamen è avvolto lateralmente dalla capsula esterna che lo divide dal claustro, a sua volta separato dal lobo dell'insula dalla capsula estrema. (L'insula è un punto di repere per trovare rapidamente le parti più anteriori e la parte più grossa dello striato perchè subito in profondità all'insula c'è il claustro, quindi caudato e putamen. Questi pertanto si localizzano molto bene andando a repertare il lobo dell'insula.)

In sezioni coronali a livello del chiasma ottico e, subito posteriormente, a livello del tratto ottico (fig.32/33), il caudato si assottiglia, sempre bordando i ventricoli laterali, mentre il putamen aumenta di dimensioni e medialmente ad esso compare il globo pallido nelle sue due componenti, il pallido esterno lateralmente e il pallido interno medialmente. Il ginocchio della capsula interna, a questo livello di dimensioni maggiori, passa sempre tra caudato e putamen e successivamente tra il talamo e il nucleo lenticolare. Il claustro continua ad essere compreso tra lo striato e l'insula avvolto medialmente dalla capsula esterna e lateralmente dalla capsula estrema. Inferiormente al nucleo lenticolare compare, nel polo temporale, l'amigdala.

In una sezione coronale a livello dei corpi mammillari (fig.34), il caudato è ancora più ridotto di dimensioni e continua a bordare, dorso-lateralmente al talamo, i ventricoli laterali; il braccio posteriore della capsula interna divide caudato e talamo dal nucleo lenticolare; lateralmente il claustro avvolto medialmente dalla capsula esterna e lateralmente dalla capsula estrema; inferiormente l'amigdala latero-inferiormente alla quale compare il corno inferiore del ventricolo laterale sempre bordato, ma a questo livello superiormente, dalla coda del caudato. Il caudato pertanto forma il tetto del corno inferiore del ventricolo laterale. Ventralmente al talamo compare il nucleo subtalamico e ancora più ventralmente la sostanza nera.

In una sezione trasversale a livello dell'epifisi (fig.53), compare anteriormente la testa del caudato, separato tramite il braccio anteriore della capsula interna dal nucleo lenticolare. Questo a sua volta è  separato tramite il ginocchio e il braccio posteriore della capsula interna dal talamo. Posteriormente la coda del caudato continua a bordare il ventricolo laterale.

Claustro

Del claustro si conosce ancora poco. Di questo nucleo fu detto, grazie ai topi transgenici per il recettore di estrogeni, che era pieno di recettori per gli ormoni sessuali. Attualmente sembra che il claustro si attivi in maniera particolare quando un soggetto vede scene porno. Il claustro quindi, per questa elevata espressione di recettori per gli estrogeni e androgeni potrebbe avere un ruolo nel comportamento sessuale.

Connessioni del corpo striato

Tutte le proiezioni afferenti al neostriato sono glutammatergiche.

Caudato, putamen e nucleo accumbens ricevono afferenze eccitatorie da tutta la corteccia e precisamente, il nucleo accumbens riceve afferenze dalla corteccia cingolata, dal lobo temporale e dall'ippocampo, il putamen riceve afferenze dalla corteccia somatosensitiva e motoria, il caudato dalle altre parti della corteccia. Nucleo caudato e accumbens ricevono anche afferenze dall'amigdala. Nucleo caudato e putamen ricevono afferenze eccitatorie anche dai nuclei intralaminari. Al putamen arrivano proiezioni dopaminergiche dalla sostanza nera pars compatta. Al nucleo accumbens arrivano proiezioni dopaminergiche dall'area tegmentale ventrale.

Dal neostriato nascono efferenze GABAergiche inibitorie verso entrambi i segmenti del pallido (compresa la sostanza nera pars reticolare) e verso la sostanza nera mesencefalica.

Quindi al neostriato in generale giungono per ciascun componente:

-al nucleo accumbens proiezioni dalla corteccia cingolata, dal lobo temporale, dall'ippocampo, dall'amigdala e dall'area tegmentale ventrale.

-al putamen proiezioni dalle aree somatosensitive e motorie della corteccia, dai nuclei intralaminari del talamo e dalla sostanza nera pars compatta.

-al caudato proiezioni dalle restanti aree della corteccia, dall'amigdala e dai nuclei intralaminari del talamo.

Il neostriato in generale proietta ad entrambe le componenti del pallido oltre che ad entrambe le componenti della sostanza nera mesencefalica.

Il pallido, nelle sue due componenti, interno ed esterno, proietta fibre GABAergiche inibitorie. Il pallido esterno proietta al nucleo subtalamico attraverso il fascicolo subtalamico. Il pallido interno (la sostanza nera pars reticolare fa parte del pallido interno), oltre alle afferenze inibitorie che giungono dal neostriato, riceve afferenze eccitatorie, tramite il fascicolo subtalamico, dal nucleo subtalamico. Il pallido interno infine proietta al talamo tramite due fascicoli, di cui uno, il fascicolo lenticolare (o campo H2 di Forel), attraversa la capsula interna, e l'altro, l'ansa lenticolare (o campo H di Forel), circonda anteriormente la capsula interna. I due fascicoli prima di giungere al talamo si riuniscono in un unico fascicolo, il fascicolo talamico (o campo H1 di Forel). Dal fascicolo talamico gli assoni si portano al nucleo ventrale anteriore, al nucleo ventrale laterale anteriore (la divisione posteriore è occupata dalla proiezione dentato-talamica) e al nucleo mediale (o dorsomediale). Altre proiezioni del pallido sono alle abenule, al nucleo peduncolo pontino (che a sua volta proietta alla formazione reticolare, alla pars compatta, al nucleo subtalamico, allo striato e al pallido stesso) e al nucleo rosso. Dalla sostanza nera pars reticolare originano proiezioni per i collicoli bigemini superiori.

Citotipi del neostriato

I tipi cellulari sono vari anche se non ci sono differenze di citotipi fra caudato e putamen. Sono formati in gran parte (92-93%) da neuroni di medie dimensioni di 10-12 micron (medium spine neuron, neuroni di medie dimensioni coperti da spine), caratterizzati da alberi dendritici coperti di spine pur essendo questi neuroni GABAergici (la maggior parte dei neuroni GABAergici hanno dendriti non coperti da spine, eccetto i Purkinje del cervelletto). I neuroni GABAergici si differenziano, oltre che per quantità di spine e per l'arborizzazione dei dendriti, per il differente cotrasmettitore che producono. Dei due tipi cellulari uno esprime come cotrasmettitore la sostanza P (SP) e l'altro enchefaline (ENK) (peptide che appartiene agli oppioidi endogeni, quindi lo striato è anche sede di recettori per gli oppioidi). Il terzo tipo di cellule è un interneurone enorme, con un grosso assone, corrispondente al 4-8% di tutte le cellule e utilizza come neurotrasmettitore l'acetilcolina. Le efferenze del neostriato nascono dai neuroni GABAergici per cui sono tutte efferenze inibitorie.

Circuiti

Ai neuroni di proiezione GABAergici arrivano le proiezioni afferenti. Le proiezioni eccitatorie glutammatergiche dalla corteccia terminano sulle spine mentre le talamiche sull'asse dendritico senza spine. Dalla sostanza nera pars compatta provengono proiezioni dopaminergiche mentre sulla parte più prossima del corpo del neurone arrivano le proiezioni colinergiche degli interneuroni.

Dai neuroni GABA/SP del caudato/putamen nasce la cosiddetta via diretta verso il pallido interno o verso la sostanza nera pars reticulata (che è l'estensione mesencefalica del pallido interno in quanto a livello embrionale i due nuclei sono uniti. Vengono poi separati dal passaggio di fibre. Essi quindi hanno le stesse proiezioni verso il talamo).

Dai neuroni GABA/ENK nasce la via indiretta che proietta al pallido esterno che proietta al nucleo subtalamico (nucleo diencefalico che appartiene al subtalamo). Dal pallido esterno parte inoltre una proiezione inibitoria al pallido interno mentre dal subtalamo, a sua volta eccitato da proiezioni corticali, parte una proiezione eccitatoria al pallido interno.

In ogni caso, da ogni parte, l'ultima proiezione è al pallido interno ed è solo dal pallido interno che nascono le efferenze dello striato verso il talamo (via pallido-talamica). Su ogni neurone del pallido interno ci sono pertanto proiezioni GABAergiche inibitorie direttamente dal neostriato (caudato e putamen), proiezioni inibitorie dal pallido esterno e proiezioni eccitatorie dal subtalamo. Le proiezioni GABAergiche del neostriato e del pallido esterno al pallido interno inibiscono il pallido interno. Le proiezioni glutammatergiche dal nucleo subtalamico eccitano il pallido interno.

I neuroni del pallido interno sono anch'essi GABAergici e pertanto le sue proiezioni inibiscono il talamo nella sua trasmissione (e stimolazione) alla corteccia (o ai tubercoli bigemini superiori). Se il pallido interno è inibito dal neostriato o dal pallido esterno si ha disinibizione del talamo. Se è eccitato dal subtalamo si ha inibizione del talamo.

Il pallido esterno ha un azione mista. Esso inibisce il pallido interno (con conseguente eccitazione del talamo) ma ricevendo innervazioni inibitorie dal neostriato quando il neostriato proietta viene inibito. Di conseguenza il pallido interno viene inibito meno non essendo ulteriormente inibito dalla proiezione del pallido esterno.

Normalmente i neuroni neostriatali stanno fermi mentre i neuroni del pallido interno (e della sostanza nera pars reticolare) sparano continuamente. Nel momento in cui i neuroni neostriatali sparano c'è un inibizione del pallido interno (e SNR) con attivazione del talamo (e dei nuclei collicolari i quali proiettano ai campi oculomotori).

Circuiti che comprendono il corpo striato

Il circuito motorio permette i movimenti ripetitivi anche con significato edonistico. (E.d.P. Ebrei al muro del pianto). Al putamen omolaterale giungono proiezioni dalle aree somato-motrici, motorie e motorie supplementari (SMA). Dal putamen la proiezione va al pallido interno. La proiezione finale è ai nuclei ventrali laterali anteriori del talamo.

Il circuito associativo nasce dalla corteccia frontale e del cingolo e proietta al caudato sia omo che controlaterale. La proiezione del pallido interno e della sostanza nera pars reticolare  vanno al nucleo ventrale anteriore del talamo. Questo è il circuito motivazionale per l'incipit e la terminazione dell'atto motorio. La componente motivazionale non è solo di questo circuito ma viene fondamentalmente dalla corteccia frontale (il nonno che non si alza alla vista dei nipotini perchè la motivazione non è sufficiente ma quando scatta l'allarme per il fuoco scappa. Altra malattia che implica caudato e putamen è la Corea di Huntington (su basi ereditarie) caratterizzata da movimenti coreici e continua agitazione, determinata dalla distruzione di neuroni dello striato e della corteccia).

Il ruolo della proiezione dopaminergica

Ciò che rende un neurotrasmettitore attivatorio o inibitorio è la funzione del suo recettore. Per la dopamina ci sono 5 sottotipi di recettori: D1, D2, D3, D4 e D5.

D1 e D5 sono i sottotipi espressi dalle cellule della via diretta che proietta al pallido interno. Questi recettori sono collegati a g-protein attivatorie che determinano aumento del calcio. Perciò l'azione della dopamina su questi neuroni è eccitatoria.

Sulle cellule della via indiretta la dopamina si lega ai recettori D2 e D3 che sono legati a g-protein inibitorie. Perciò l'effetto della dopamina su queste cellule è inibitorio.

Normalmente l'azione delle cellule della via diretta sul pallido interno è molto forte per cui il neostriato stimolato dalla corteccia e costimolato dalla proiezione dopaminergica inibisce il pallido esterno. Ciò determina quindi la disinibizione del talamo che eccita la corteccia dando inizio all'azione. Se per la corteccia non c'è bisogno di un atto (inconsulto) il talamo non parte.

Nell'altra via il neostriato inibisce ma in maniera minore il pallido esterno. Il pallido esterno agisce sul pallido interno ma va anche a inibire il subtalamo che eccitava il pallido interno. Quindi l'altra via presente scarsa azione dei neuroni in presenza di dopamina. Per cui il pallido esterno non viene molto inibito e può inibire il subtalamo.

Nel parkinson in assenza di dopamina le cellule della via diretta hanno minore effetto inibitorio sul pallido interno che continua quindi a inibire il talamo che non può eccitare la corteccia. Non solo, i neuroni della via indiretta non inibiti inibiscono il pallido esterno che non inibisce il subtalamo che eccita il pallido interno che inibisce il talamo(Nella cura del parkinson si usa la levodopa, un'agonista della dopamina (la quale se somministrata non attraversa la barriera ematoencefalica) che viene aminata e diviene levodopamina. Questa somministrazione costituisce però un segnale continuo e non sinaptico).

Le due vie sono associate e il differente ruolo svolto dalla dopamina sulle due vie determina in definitiva la modulazione della proiezione pallido-talamica.