Il sistema vestibolare

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Il sistema vestibolare

Il sistema vestibolare è un sistema di guida inerziale che ci permette di rispondere alle domande “Qual’è la direzione verso l’alto” e “dove sto andando?”. La funzione principale del sistema vestibolare (detto anche labirinto) è quella di controllare il movimento e l’equilibrio, fornendo informazioni relative ad accelerazioni trasversali ed angolari (rotazioni) applicate al corpo umano. Il sistema vestibolare funziona come un “estimatore ottimo”. A differenza dei riflessi che sono scolpiti nel nostro DNA questa capacità di stimare una determinata situazione anche in assenza di stimoli esterni ci permette una maggiore adattabilità all’ambiente rispetto ad un sistema basato solo sui riflessi.

Ear which isolated on white background

fig.1 : localizzazione del sistema vestibolare

Il sistema vestibolare è localizzato nell’orecchio interno (fig 1) ed è costituito da due sottosistemi: i canali semicircolari (SCC) e le macule. I primi sono gli organi preposti a percepire le rotazioni applicate al corpo e, per ogni orecchio, sono in numero pari a tre: orizzontale, anteriore e posteriore, ortogonali l’uno all’altro. I canali semicircolari hanno una forma pari a due terzi di circonferenza e sono chiusi alle estremità dall’utricolo: una base comune; prima che il canale entri in esso, si allarga a formare una cavità bulbosa detta ampolla, contenente una massa gelatinosa detta cupola; essa, adagiata su una base chiamata cresta, si comporta come una valvola e sigilla l’ampolla. Nella cresta vi è un gran numero di cellule sensoriali dalle quali si dipartono le ciglia che si immergono nella cupola gelatinosa; i canali sono riempiti di un fluido detto endolinfa. Le posizioni relative dei tre canali permettono di percepire rotazioni angolari attorno ad una perpendicolare al piano nel quale si trova il singolo canale: la rotazione della testa muove l’endolinfa all’interno dei canali causando una deflessione della cupola (fig 2) e la conseguente eccitazione dei recettori presenti al suo interno che sono collegati nella cresta con le fibre afferenti del nervo vestibolare. Le informazioni percepite sono così inviate al sistema nervoso centrale.

cupola e percezione del moto

fig.2: posizione relativa cupola-ampolla e movimento della cupola

Le macule, invece, rilevano il moto lineare della testa, inviando al sistema nervoso informazioni riguardo alle accelerazioni traslazionali e gravitaria percepite dal corpo umano. Ci sono due macule (o sistemi otolitici) in ogni orecchio interno: l’utricolo, base comune dei canali semicircolari, ed il sacculo, estensione inferiore dell’utricolo. Le componenti basilari di questi due organi sono una base di supporto ossea leggermente curva su cui appoggiano le cellule sensoriali (epitelio sensoriale), queste ultime sono ricoperte da una membrana gelatinosa (membrana otolitica) in cui sono immerse le ciglia dei recettori; la membrana otolitica è ricoperta in superficie dagli otoliti (cristalli di carbonato di calcio). Questa struttura sporge sulla cavità maculare che è ripiena di endolinfa. L’utricolo ed il sacculo percepiscono rispettivamente il movimento orizzontale e quello verticale, infatti il piano della macula sacculare è perpendicolare a quello dell’utricolo che è parallelo al canale orizzontale; gli utricoli dei due orecchi sono complanari. Il movimento traslazionale della testa causa la flessione della membrana otolitica (figura 3), la quale eccita le cellule sensoriali inviando così informazioni al sistema nervoso centrale relativamente alla forza applicata grazie al fatto che nella base di supporto alloggiano i rami utricolare e sacculare del nervo vestibolare.

flessione membrana otolitica

fig.3: flessione membrana otolitica

Le macule, invece, rilevano il moto lineare della testa, inviando al sistema nervoso informazioni riguardo alle accelerazioni traslazionali e gravitaria percepite dal corpo umano. Ci sono due macule (o sistemi otolitici) in ogni orecchio interno: l’utricolo, base comune dei canali semicircolari, ed il sacculo, estensione inferiore dell’utricolo (fig 4) . Le componenti basilari di questi due organi sono una base di supporto ossea leggermente curva su cui appoggiano le cellule sensoriali (epitelio sensoriale), queste ultime sono ricoperte da una membrana gelatinosa (membrana otolitica) in cui sono immerse le ciglia dei recettori; la membrana otolitica è ricoperta in superficie dagli otoliti (cristalli di carbonato di calcio). Questa struttura sporge sulla cavità maculare che è ripiena di endolinfa. L’utricolo ed il sacculo percepiscono rispettivamente il movimento orizzontale e quello verticale, infatti il piano della macula sacculare è perpendicolare a quello dell’utricolo che è parallelo al canale orizzontale; gli utricoli dei due orecchi sono complanari. Il movimento traslazionale della testa causa la flessione della membrana otolitica (figura 3), la quale eccita le cellule sensoriali inviando così informazioni al sistema nervoso centrale relativamente alla forza applicata grazie al fatto che nella base di supporto alloggiano i rami utricolare e sacculare del nervo vestibolare.

anatomia vestibolo

fig 4: anatomia del vestibolo

TRASMISSIONE A LIVELLO CENTRALE

Sono due i principali bersagli degli input vestibolari: i nuclei vestibolari ed il cervelletto. Gli input vestibolari vengono integrati con quelli somatici e visivi. Il nervo vestibolare proietta a quattro nuclei vestibolari situati nel tronco dell’encefalo (ponte e medulla). Essi ricevono informazioni provenienti dal midollo spinale, dal cervelletto e dal sistema visivo e proiettano a loro volta a numerose zone del SNC come i nuclei oculomotori, la formazione reticolare, il cervelletto ed il talamo.

I 4 nuclei vestibolari hanno competenze specifiche o integrate con gli altri nuclei, in particolare possiamo riassumere sinteticamente con lo schema seguente:

  1. Nucleo vestibolare superiore: riceve afferenze dai canali semicircolari e invia segnali ai centri oculomotori. Responsabile del “riflesso vestibulo oculare” (VOR).

  2. Nucleo vestibolare mediale: responsabile del VOR ma anche del riflesso “vestibolo spinale” (VSR)

  3. Nucleo vestibolare laterale: principale nucleo del VSR.

  4. Nucleo vestibolare discendente: connesso a tutti gli altri nuclei ed al cervelletto ma non ha output propri.

Grande importanza rivestono le connessioni tra vestibolo e cervelletto. Sebbene esso non sia necessario per i riflessi vestibolari, questi ultimi risultano non calibrati ed inefficaci quando il cervelletto viene rimosso. La zona del “flocculo”, infatti, è importante per la regolazione del VOR, mentre il “nodulo” controlla la durata del VOR ed è interessato nell’elaborazione degli input otolitici. Pazienti con lesioni al “nodulo” presentano atassia e nistagmo. Lesioni al “verme”, invece, causano profonda atassia e instabilità del tronco dal momento in cui esso è collegato al VSR.

OUTPUT DEL SISTEMA VESTIBOLARE

I canali del labirinto sono posti nello stesso piano di trazione dei muscoli oculari e questa relazione è rafforzata da un effettivo accoppiamento degli stessi canali con la coppia complanare di muscoli oculari. Nello specifico abbiamo:

  1. Canali orizzontali/muscoli retti mediali e laterali

  2. Canale anteriore sinistro e posteriore destro/retti superiore ed inferiore sinistra, obliqui inferiore e superiore di destra

  3. Canale anteriore sinistro e posteriore destro/obliqui superiore e inferiore sinistra, retto superiore e inferiore di destra.

A questo modo gli output del VOR sono diretti ai nuclei dei muscoli oculomotori e permettono la perfetta attuazione di questo riflesso vitale il cui obiettivo è quello di stabilizzare il corpo e mantenere fissa l’immagine sulla fovea durante movimenti del capo. Il VOR, in realtà, è un insieme di vari riflessi, statici e dinamici, che nasce dall’elaborazione di informazioni provenienti dai canali e dagli otoliti. Quando la testa è flessa da un lato i canali e gli otoliti vengono stimolati e la risposta sarà un’attivazione dei muscoli estensori dal lato verso cui è piegata la testa e dei flessori controlaterali. Per quanto si tende a parlare DEL VOR, sarebbe in realtà più corretto parlare DEI VOR, infatti si tratta non di uno ma di 3 riflessi detti riflesso vestibulo-oculare di rotazione, di traslazione e di controrotazione. Ciascuno dei 3 ha due componenti: una fase lenta ed una fase rapida. La fase lenta racchiude il movimento degli occhi in direzione opposta rispetto alla rotazione della testa, ma questo fenomeno ha un limite dovuto dalle orbite oculari che porranno uno “stop” alla massima capacità degli occhi di muoversi in direzione opposta a quella della testa. Se il movimento del capo, infatti, è prolungato gli occhi dovranno adattarsi compiendo un rapido movimento (detto saccadico) per acquisire un nuovo punto di fissazione e non raggiungere la fase di “stop”. Quest’ultima situazione descritta rappresenta la fase rapida.

Se volete approfondire i concetti relativi al VOR e alla sua cruciale importanza per la gestione del movimento umano potete farlo in un altro articolo a cui invitiamo la lettura cliccando qui

Altri output fondamentali del sistema vestibolare e che è necessario almeno ricordare sono

  • VCR (riflesso vestibolocollico): agisce sulla muscolatura del collo per stabilizzare la testa. Il riflesso che il movimento della testa evoca si oppone al movimento recepito dagli otoliti e dai canali semicircolari.

  • Riflessi cervicali: riflesso cervico-oculare (COR), cervicospinale (CSR), cervicocollico (CCR). Il primo consiste in movimenti oculari guidati da propriocettori del collo che possono aggiungersi al VOR in determinate circostanze. Esso è facilitato in casi di danni al sistema vestibolare. Il secondo può affiancare il VSR alterando il tono motorio del corpo. Quando il corpo è ruotato e la testa è mantenuta stabile gli arti del lato verso cui la testa è ruotata vanno in estensione mentre gli arti dal lato opposto in flessione. Il terso riflesso stabilizza la testa sul corpo. Si verifica una contrazione riflessa dei muscoli del collo in risposta ad un movimento del collo.

RUOLO DEL SISTEMA VESTIBOLARE NEL CONTROLLO POSTURALE

Per quella che è la nostra esperienza di preparatori atletici, allenatori, personal trainer, sportivi o semplicemente amatori dello sport e del fitness sicuramente il ruolo di controllo nella postura è di primario interesse. L’alterazione della funzionalità del vestibolo o di quei processi di analisi e trasmissione dei segnali porta inevitabilmente ad una modificazione della postura sia statica che dinamica. E’ per questo che, in HMO, l’analisi della camminata ed altri test di postura statica possono portare informazioni eccezionali per individuare la necessità di drills selettivi per il miglioramento del funzionamento del sistema vestibolare e/o dell’integrazione sistema vestibolare – sistema nervoso.

Nella gestione della postura, il vestibolo, riveste quattro ruoli principali:

  1. Percezione della posizione corporea rispetto alla gravità

  2. Orientamento del tronco rispetto alla gravità (orientamento sensoriale)

  3. Controllo del COM (centro di massa)

  4. Stabilizzare la testa durante movimenti posturali.

Percezione della posizione corporea e del movimento

Dal momento che la maggior parte dei movimenti della testa nello spazio sono in direzione antero-posteriore e laterale, i canali verticali e gli otoliti sono maggiormente responsabili del controllo posturale. Nel cammino, ad esempio, durante il contatto del tallone a terra il sacculo è fortemente stimolato così come l’utricolo partecipa alle accelerazione orizzontali durante il cammino. Le informazioni vestibolari devono essere integrate alla perfezione con le informazioni di carattere somatosensoriale e visivo. Alcuni segnali vestibolari, infatti, possono essere ambigui. Un tilt della testa verso sinistra ed un’accelerazione orizzontale verso destra sono percepiti allo stesso modo dal sistema vestibolare. Grazie alle informazioni di carattere visivo siamo in grado di distinguere tra le due opzioni.

Stesso discorso per un segnale di rotazione della testa che può essere dovuto ad un movimento della testa oppure ad una caduta imminente, in questo caso il sistema propriocettivo può venirci in soccorso per chiarificare quale evento sta per accadere

Orientamento sensoriale: orientare il corpo rispetto alla verticale

La fondamentale importanza del vestibolo nel mantenere un allineamento posturale a “filo a piombo” è evidenziabile in soggetti che hanno subito danni vestibolari unilaterali. Questi manifestano un tilt della testa e del corpo verso il lato ipsilesionale. Una modificazione avviene anche in caso di deficit vestibolare, situazione in cui si altera la mappa dell’orientamento spaziale che il SNC crea tracciando la direzione della gravità grazie alle info provenienti da vari sistemi, tra cui appunto anche e soprattutto il vestibolo. La postura scorretta di alcuni soggetti con problematiche vestibolari può essere dovuta ad una mappa interna problematica dovuta a info sbagliate dei vari sistemi.

Le informazioni vestibolari servono anche per creare la mappa dei “limiti della stabilità”. Una persona con i piedi fermi a terra può oscillare avanti ed indietro di circa 8° e 4° senza perdere l’equilibrio o fare un passo. Nelle patologie vestibolari c’è poca corrispondenza tra questa mappa e gli effettivi limiti di stabilità con il risultato che questi soggetti potrebbero allinearsi vicino ai limiti di stabilità attuali.

Controllo del COM

Il sistema vestibolare è importante, come vedremo, nel mantenere l’equilibrio ed il centro di massa all’interno dei limiti di stabilità. Esistono alcune risposte posturali automatiche che permettono di reagire ad improvvise perturbazioni e che prevedono attivazioni muscolari anticipatorie. Il sistema vestibolare ha un ruolo in queste risposte anche se il sistema somatosensitivo rimane pesantemente coinvolto nelle reazioni posturali. Sono soprattutto gli otoliti responsabili di queste risposte dal momento che sono sensibili alle accelerazioni della testa. Sono due le condizioni usate per studiare questi meccanismi: superfici che traslano e superfici che ruotano. Nel primo caso le risposte sono date principalmente dal sistema propriocettivo che registra lo stretch dei muscoli della caviglia e nel giro di poco tempo risponde (70-100 ms). Nel secondo caso, superfici che ruotano, il sistema vestibolare entra in gioco in maniera sensibile. La risposta in questo caso si divide in due parti: una prima risposta dovuta all’allungamento dei muscoli della caviglia guidati da input propriocettivi e una seconda risposta stabilizzativa leggermente più tardiva (100-120 ms) più dipendente dal sistema vestibolare. Persone con deficit vestibolari hanno risposte molto più tardive a questi tilt della superficie, soprattutto se la velocità del tilt non è ne troppo veloce ne troppo lenta. Per selezionare una risposta posturale adeguata solitamente scegliamo tra due strategie di controllo del COM: strategia di caviglia e strategia d’anca. La prima accade in risposta a perturbazioni posturali quando siamo in equilibrio su superfici stabili e piatte. La seconda interviene quando siamo in equilibrio su una superficie stretta o mobile, soffice, o quando il COM deve essere corretto rapidamente. Le informazioni vestibolari sono di fondamentale importanza nella strategia d’anca. Soggetti con deficit vestibolari mostrano difficoltà in compiti come equilibrio monopodalico, camminata tacco-punta ed equilibrio su una trave. Concludendo le informazioni vestibolari sono utilizzate per costruire delle mappe interne dei limiti di stabilità che influenzano l’allineamento posturale e il recupero in seguito a perturbazioni posturali.

STABILIZZAZIONE DELLA TESTA E DEL TRONCO

La posizione della testa rispetto alla gravità viene mantenuta relativamente stabile a dispetto di movimenti ampi del corpo come ad esempio durante la corsa. Durante l’utilizzo di una strategia d’anca i muscoli del collo vengono attivati ben prima di qualsiasi movimento della testa in ottica di un controllo anticipatorio. Persone con deficit vestibolari mostrano un’aumentata variabilità nella posizione della testa rispetto alla gravità. Quando soggetti con deficit vestibolari stanno in equilibrio su una superficie oscillante ad occhi chiusi mostrano larghe oscillazioni della testa e del tronco rispetto a soggetti normali.

In HMO, ad esempio, andiamo, durante l’analisi della camminata, ad analizzare segnali come il Bobble Head, cioè il movimento della testa simile a quello di una bambola con il collo a molla, o la rigidità del collo e del tronco proprio per ricavare segni di un funzionamento non ottimale del sistema vestibolare e con le stesse strategie sviluppiamo test anche per gli altri due sistema (propriocettivo e visivo) che competono alla gestione globale del movimento. Come abbiamo discusso in questo spaccato sul sistema vestibolare il movimento umano non avrebbe senso di esistere senza l’integrazione dei segnali che arrivano da questi 3 sistemi e una diminuzione della qualità dei segnali anche da uno solo dei 3 provoca come conseguenza una diminuzione della qualità dell’output, cioè nel nostro caso, del movimento stesso. Ciò vuol dire, appunto, meno forza, meno flessibilità, meno coordinazione, meno velocità o, addirittura, segnali di “pericolo” da parte del nostro generale in comando, cioè il cervello, che si traducono in dolore in pratica nel modo migliore che il nostro cervello ha per comunicarci che qualcosa non va come deve andare. In questa visione, vi è forse ora più chiaro come, ad esempio, un mal di schiena potrebbe essere dato da un vestibolare che non funziona come deve.

Speriamo di aver comunicato interesse in questo articolo, in una nuova branca, almeno per lo sport ed il fitness, che può produrre risultati enormi se trattata con il dovuto interesse ed attenzione

Dott. Gianluca Giorgi

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