I visceri ricevono una doppia innervazione sensoriale. La maggior parte delle fibre sensoriali viscerali terminano nel midollo spinale, ma le fibre sensoriali contenute nei nervi vago e pelvico, che terminano rispettivamente nel tronco cerebrale e nel midollo spinale lombosacrale, innervano anche gli stessi organi viscerali. La figura 1 illustra questo modello unico di innervazione del tratto gastrointestinale, classicamente indicato come simpatico e parasimpatico, ma più appropriatamente designato dal nome del nervo (per esempio, nervo ipogastrico, nervo pelvico).
Rappresentazione dell’innervazione sensoriale viscerale del tratto gastrointestinale. L’innervazione sensoriale che esiste anatomicamente in associazione con il sistema nervoso simpatico è mostrata sulla sinistra. Queste fibre sensoriali viscerali spinali attraversano sia i gangli prevertebrali (CG, ganglio celiaco, IMG, ganglio mesenterico inferiore, SMG, ganglio mesenterico superiore) che i gangli paravertebrali nel percorso verso il midollo spinale. L’innervazione del nervo pelvico e del nervo vago al midollo spinale sacrale e al tronco cerebrale, rispettivamente, è mostrato sulla destra. (Modificato da Sengupta e Gebhart.1)
Gli assoni sensoriali viscerali sono quasi esclusivamente fibre Aδ finemente mielinizzate e fibre C non mielinizzate. L’attività della maggior parte dei neuroni sensoriali viscerali, sia nelle fibre afferenti vagali che in quelle spinali, non raggiunge la coscienza. Per esempio, c’è un input regolare nel sistema nervoso centrale dai chemorecettori gastrici ed epatici, dai barocettori aortici, ecc. che non viene percepito.
L’innervazione sensoriale del tratto gastrointestinale coinvolge tutti gli strati di un viscere (mucosa, muscolo e sierosa) e i recettori viscerali mostrano chemosensibilità, termosensibilità e meccanosensibilità. I recettori viscerali, infatti, sono generalmente di carattere polimodale (cioè, rispondono a più modalità di stimolazione). I corpi cellulari dei neuroni afferenti viscerali, in comune con i corpi cellulari dei neuroni afferenti somatici, si trovano nei gangli delle radici dorsali (ad eccezione dei gangli nodosi che contengono i corpi cellulari dei neuroni sensitivi vagali). Tuttavia, il percorso dei neuroni afferenti viscerali verso il midollo spinale comporta tipicamente il passaggio attraverso o vicino ai gangli prevertebrali (dove possono emettere assoni collaterali per influenzare i corpi cellulari dei gangli autonomi e, di conseguenza, le funzioni secretorie e motorie) e i gangli paravertebrali (vedi fig. 1).
In contrasto con le fibre afferenti derivanti dalle strutture somatiche, il numero di fibre afferenti viscerali spinali è stimato essere inferiore al 10% del totale dell’input afferente spinale da tutte le fonti. Una certa compensazione per questa relativa scarsità di input viscerale è fornita dalla diffusione intraspinale rostrocaudale significativamente maggiore di terminali di fibre afferenti viscerali. Fibre C viscerali sono stati trovati per avere molti più rigonfiamenti terminali (suggestiva di sinapsi) e aree terminali, e di esibire la distribuzione rostrocaudale su diversi segmenti del midollo spinale.
Sperimentalmente, la distensione del palloncino è lo stimolo più affidabile per gli organi viscerali cavi ed è lo stimolo più ampiamente utilizzato in esperimenti animali umani e non umani.2 Di conseguenza, sappiamo più sulle proprietà di risposta delle fibre afferenti viscerali meccanosensibili, di solito quelli innervando lo strato muscolare. I visceri cavi sono innervati da due popolazioni di fibre afferenti meccanosensibili: un gruppo più grande (70-80%) di fibre ha basse soglie di risposta e un gruppo più piccolo (20-30%) di fibre afferenti ha alte soglie di risposta (per esempio, >30 mm Hg di pressione di distensione) (fig 2).
Le fibre sensoriali del nervo pelvico meccanosensibili che innervano la vescica urinaria o il colon distale hanno soglie basse (<5 mm Hg) o alte (>30 mm Hg) di risposta alla distensione. Entrambe le fibre sensoriali a bassa (LT) e alta (HT) soglia codificano la pressione di distensione ben all’interno della gamma nociva (>40 mm Hg). (Modificato da Sengupta e Gebhart.3)
Meccanorecettori viscerali che hanno basse soglie di risposta (per esempio, <5 mm Hg) rispondono all’interno del range fisiologico. È interessante notare che, come illustrato in fig 2, queste fibre afferenti rispondono anche a pressioni distensive nell’intervallo nocivo (>30 mm Hg) e codificano abbastanza bene l’intensità dello stimolo. Si noti inoltre che la grandezza della risposta nella gamma nociva è tipicamente maggiore della grandezza della risposta delle fibre ad alta soglia alla stessa pressione di distensione. I meccanorecettori viscerali che hanno alte soglie di risposta non iniziano a rispondere fino a quando la pressione di distensione è a o supera le pressioni che sono probabilmente nocive.
Come cambiano le risposte delle fibre sensoriali viscerali in risposta all’infiammazione viscerale? Come accade di solito, le osservazioni cliniche hanno aperto la strada ai cambiamenti nel modo di considerare il dolore viscerale. Nel 1973, Ritchie4 documentò che i pazienti affetti da sindrome dell’intestino irritabile (IBS) riportavano dolore a volumi inferiori di distensione del colon con palloncino rispetto ai soggetti normali (fig. 3).
Illustrazione della presenza di iperalgesia viscerale in pazienti con sindrome dell’intestino irritabile (IBS). (Modificato da Ritchie.5)
Come illustrato, meno del 10% dei soggetti normali ha riportato dolore a un volume di distensione di circa 60 ml, mentre più del 50% dei pazienti con IBS ha riportato dolore allo stesso volume di distensione. Questo spostamento verso sinistra nella funzione psicofisica dei pazienti con IBS suggerisce la presenza di iperalgesia nella IBS. Risultati qualitativamente simili sono stati confermati successivamente da altri ed estesi anche ad altri visceri cavi in pazienti con altri dei cosiddetti disturbi intestinali funzionali (dolore toracico non cardiaco, dispepsia non ulcerosa e IBS). Di conseguenza, si ritiene che le sensazioni alterate (gonfiore, fastidio e dolore addominale) associate a questi disturbi funzionali rappresentino un’iperalgesia viscerale.6 Se questa ipotesi è corretta, allora le fibre afferenti viscerali dovrebbero mostrare una sensibilizzazione e i neuroni spinali su cui terminano dovrebbero subire un cambiamento di eccitabilità, meccanismi di iperalgesia primaria e secondaria, rispettivamente (vedi discussione in Mayer e Gebhart6).
L’infiammazione sperimentale degli organi cavi ha dimostrato di sensibilizzare le risposte delle fibre sensoriali viscerali meccanosensibili e di risvegliare le cosiddette fibre afferenti silenziose. Per sensibilizzazione si intende un aumento dell’ampiezza della risposta agli stimoli distensivi, talvolta associato a una riduzione della soglia di risposta e/o a un aumento dell’attività spontanea. Cioè, l’eccitabilità del neurone sensoriale è aumentata, come illustrato (fig. 4) per una fibra nervosa pelvica meccanosensibile ad alta soglia che innerva il colon del ratto.
Le fibre sensoriali viscerali si sensibilizzano all’infiammazione sperimentale degli organi. In questo esempio, le risposte di una fibra sensoriale ad alta soglia del nervo pelvico sono mostrate prima (controllo) e 30 minuti dopo l’instillazione intracolonica di acido acetico al 2,5% (infiammato). Si noti che la grandezza della risposta alla distensione (in basso) aumenta dopo l’infiammazione e che la soglia di risposta diminuisce da circa 30 a 10 mm Hg.
In questo esempio, la soglia di risposta diminuisce da 30 a 10 mm Hg e la grandezza della risposta è aumentata per tutte le pressioni di distensione. Questa fibra sensoriale non aveva attività spontanea e l’infiammazione non ha provocato alcun cambiamento nell’attività a riposo. Un’altra conseguenza dell’infiammazione viscerale è il risveglio di quelli che sono stati definiti “nocicettori silenziosi”, che sono in realtà fibre afferenti meccanicamente insensibili che acquisiscono meccanosensibilità dopo l’infiammazione viscerale. Tali afferenze silenziose o dormienti sono presenti in tutti i tessuti studiati (compresa la pelle umana), non rispondono normalmente alla stimolazione nociva acuta e si ritiene che si aggiungano alla raffica afferente ricevuta dal sistema nervoso centrale quando il tessuto è ferito. Un esempio di una fibra afferente silenziosa che innerva il colon del ratto è illustrato sopra. Questa fibra non ha risposto né alla distensione colorettale ad alta intensità (CRD) né alla distensione della vescica urinaria, i principali organi innervati dal nervo pelvico. Dopo l’instillazione intracolonica di olio di senape, un eccitante della fibra C, la fibra è diventata attiva e meccanosensibile (fig. 5).
Esempio di una fibra sensitiva del nervo pelvico meccanicamente insensibile (silenziosa). Prima dell’instillazione intracolonica dell’olio di senape eccitante la fibra C, questa fibra non rispondeva alla distensione colonica di 100 mm Hg (CRD) (non mostrato). Dopo il trattamento con olio di senape, la fibra ha cominciato a scaricare e acquisito la sensibilità al CRD. (Modificato da Sengupta e Gebhart.1)
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(1994) Gastrointestinal afferent fibers and sensation. in Physiology of the gastrointestinal tract. ed Johnson LR (Raven Press, New York), pp 483-519.
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(1995) Fibre afferenti meccanosensibili nel tratto gastrointestinale e urinario inferiore. in Visceral pain. Progress in Pain Research and Management, vol. 5. ed Gebhart GF (IASP Press, Seattle), pp 75-98.
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- Ritchie J
(1973) Dolore da distensione del colon pelvico gonfiando un palloncino nella sindrome del colon irritabile. Gut 14:125-132.
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- Ritchie J
(1985) Mechanisms of pain in the irritable bowel syndrome. in Irritable bowel syndrome. ed Read N (Grune and Stratton, New York), pp 163-171.
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- Mayer EA,
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(1994) Aspetti fondamentali e clinici dell’iperalgesia viscerale. Gastroenterologia 107:271-293.