Neurofisiologia della minzione

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NEUROFISIOLOGIA DELLA MINZIONE Dr. Antonio Marinaro Clinica Urologica – ASL Teramo Direttore - Prof. C.Vicentini

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“ La minzione è un riflesso spino-bulbo-spinale il cui centro è localizzato a livello del ponte (tronco cerebrale). L’integrità del midollo spinale è essenziale per la coordinazione detrusore-sfintere “ Fowler ; ICS Parigi 2004 NEUROFISIOLOGIA DELLA MINZIONE

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NEUROFISIOLOGIA DELLA MINZIONE La minzione rappresenta il risultato di un sinergismo d’azione tra il sistema nervoso vegetativo e quello somatico che innervano il complesso uretro-vescicale . Quest’ultimo riceve un’innervazione di origine parasimpatica, simpatica e somatica.

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NEUROFISIOLOGIA DELLA MINZIONE La Vescica fisiologicamente esplica una funzione di serbatoio e di pompa. Il ciclo minzionale consta di due fasi: Immagazzinamento delle urine nel serbatoio vescicale (durata alcune ore) Emissione dell’urina attraverso il canale uretrale (durata inferiore al minuto)

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NEUROFISIOLOGIA DELLA MINZIONE Nell’adulto le fasi di riempimento e svuotamento vescicale sono sotto il controllo volontario , mediato dalla corteccia cerebrale e dal ponte con l’ausilio del Sistema Nervoso Periferico (autonomo e somatico). Tali circuiti agiscono come un sistema On-Off consentendo alternativamente la fase di riempimento e la fase dello svuotamento vescicale .

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NEUROFISIOLOGIA DELLA MINZIONE Nel bambino questo riflesso è automatico e si instaura non appena la stimolazione afferente riesce a superare il circuito spinale perché non si sono ancora organizzati i centri corticali del controllo volontario.

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Cenni di Anatomia: femmina

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Cenni di Anatomia: maschio Contraendosi la vescica espelle l'urina attraverso l’ uretra.

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Cenni di Anatomia

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Forma un sepimento muscolo-tendineo a forma di imbuto tra la cavità pelvica ed il perineo. Rappresenta uno dei principali sostegni degli organi addomino-pelvici. È costituito da: 2 arcate tendinee principali Muscolo elevatore dell’ano - m. pubo-coccigeo - m. ischio-coccigeo - m. ileo-coccigeo Strato fasciale superiore ed inferiore Il pavimento pelvico

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Cenni di Anatomia

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Cenni di Anatomia

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Viktrup L et al. Primary Care Update Ob Gyn 2003;10:261-4

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INNERVAZIONE PERIFERICA

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INNERVAZIONE UNITA’ VESCICO-URETRALE SENSITIVA MOTORIA

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INNERVAZIONE UNITA’ VESCICO-URETRALE INNERVAZIONE SENSITIVA DELLA VESCICA VIE AFFERENTI DALLA VESCICA  MIDOLLO SPINALE

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INNERVAZIONE UNITA’ VESCICO-URETRALE INNERVAZIONE SENSITIVA DELLA VESCICA Gli stimoli partono dai recettori situati nella tonaca mucosa e muscolare della vescica; attraverso i nervi pelvici ed ipogastrici raggiungono il midollo spinale.

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NEUROFISIOLOGIA DELLA MINZIONE Tensocettori sono stimolati dalla distensione e dalla contrazione della vescica FIBRE A-delta Volocettori sono stimolati dalla distensione vescicale FIBRE A-delta Termo-algocettori presenti soprattutto a livello del trigono e del collo vescicale FIBRE C

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INNERVAZIONE UNITA’ VESCICO-URETRALE INNERVAZIONE MOTORIA DELLA VESCICA VIE EFFERENTI DAL MIDOLLO SPINALE  VESCICA

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VIE EFFERENTI INNERVAZIONE PARASIMPATICA INNERVAZIONE ORTOSIMPATICA INNERVAZIONE SOMATICA

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INNERVAZIONE PARASIMPATICA S 2 - S 4 (zona intermedio-laterale) NN. PELVICI CORPO VESCICALE SVUOTAMENTO

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NEUROFISIOLOGIA DELLA MINZIONE ANATOMIA L’innervazione parasimpatica della vescica origina dalla colonna intermedio-laterale dal 2° al 4° metamero spinale sacrale: Le fibre pregangliari transitano nel nervo pelvico dove sono contenute anche le fibre postgangliari di origine simpatica. Tali fibre concorrono alla formazione del plesso pelvico in cui avvengono le connessioni sinaptiche tra le fibre del nervo pelvico e le cellule gangliari che innervano la vescica. Le fibre parasimpatiche terminano a livello del detrusore e quando stimolate, provocano la minzione .

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INNERVAZIONE ORTOSIMPATICA T 10 - L 2 (zona intermedio-laterale ) NN. PELVICI CORPO E COLLO VESCICALE RIEMPIMENTO NN. IPOGASTRICI

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NEUROFISIOLOGIA DELLA MINZIONE ANATOMIA L’innervazione simpatica della vescica e dell’uretra origina dai neuroni localizzati a livello della colonna intermedio-laterale dal 10° metamero toracico al 2° metamero lombare e termina a livello del trigono e del collo vescicale. Le fibre pregangliari raggiungono la catena simpatica da cui si dipartono le fibre postgangliari , che contribuiscono alla costituzione dei nervi lombari splancnici, da cui origina a sua volta il plesso ipogastrico superiore. Da esso originano i nervi ipogastrici di destra e sinistra che, a loro volta, confluiscono nel plesso pelvico contraendo sinapsi con le fibre di origine parasimpatica. Le fibre di origine simpatica terminano a livello del trigono e del collo vescicale e concorrono al mantenimento del tono cervico-uretrale ( recettori alfa ), determinando la contrazione dello sfintere uretrale interno e l’inibizione della contrazione detrusoriale ( recettori beta ).

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INNERVAZIONE SOMATICA S 2 - S 3 – S 4 (motoneuroni  - corna anteriori) (nucleo di ONUF) SFINTERE URETRALE ESTERNO MM. PAVIMENTO PELVICO NN. PUDENDI

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NEUROFISIOLOGIA DELLA MINZIONE ANATOMIA L’innervazione somatica della muscolatura striata dello sfintere uretrale esterno è garantita dal nervo pudendo, che contiene fibre motorie provenienti dal 2°, 3° e 4° metamero sacrale. I motoneuroni somatici hanno origine da una zona detta Nucleo di Onuf , in cui la disposizione delle cellule è di tipo somatotopico . La stimolazione di queste fibre determina la contrazione dello sfintere uretrale esterno.

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Innervazione del basso apparato urinario +M 3 Nervi Pelvici ( Parasimpatico ) S 2 - S 4 ACh Nervo Pudendo ( Somatico ) S 2 – S 4 ACh - 3 + 1 Nervo Ipogastrico (Simpatico) T 10 - L 2 NA  +M 2 Ach: acetilcolina NA: noradrenalina

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IL CONTROLLO SPINALE DELL’ATTIVITA’ VESCICALE E’ SOTTOPOSTO AD UNA MODULAZIONE SUPERIORE

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NEUROFISIOLOGIA DELLA MINZIONE ANATOMIA Diverse aree del Sistema Nervoso Centrale sono coinvolte nella regolazione del riflesso minzionale. Ciascuna di queste aree utilizza vari neurotrasmettitori per modulare il riflesso minzionale, la cui definizione e il cui significato clinico-farmacologico rimangono ancora non completamente chiariti.

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Neurotrasmettitori centrali coinvolti nel controllo della minzione Acetilcolina ( ACh ) Serotonina (5-HT) Noradrenalina (NA) Glutamato Acido Gama- aminobutirrico (GABA) Dopamina (DA)

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NEUROFISIOLOGIA DELLA MINZIONE ANATOMIA Area pontina (PMC: Pontine Micturition Center): è localizzata nel tronco midollare e coordina i processi della minzione. Il PMC è sotto il controllo dei centri nervosi, che in base all’intensità dei segnali afferenti possono inviare al PMC il segnale per il “ riempimento ” o per lo “ svuotamento ” vescicale. Area dorso-laterale del ponte

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AREE CEREBRALI COINVOLTE NELLA MINZIONE

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STUDI del controllo centrale della minzione (PET e RM) Fase di riempimento vescicale Fase di svuotamento vescicale

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Aumentata attività durante il riempimento grigio periacqueduttale (PAG), area dorso-laterale del ponte (PSC; L-Region ) corteccia cingolata mediana corteccia frontale bilat . (Athwal,2001; Matsuura 2002 )

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Fase di svuotamento Attivazione della parte dorsale del ponte ( M-Region , PMC, Nucleo di Barrington ), grigio periacqueduttale (PAG), giro frontale inferiore e ipotalamo ( Fukujama , 1996; Blok , 1997, 1998; Nour 2000). Giro postcentrale , giro frontale superiore, talamo, insula , globus pallidus e verme cerebellare. ( Nour , 2000).

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(PET) scanning in healthy men during micturition – Blok et al, 199 7

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NEUROFISIOLOGIA DELLA MINZIONE Durante il riempimento il PMC induce: - l’inibizione dell’innervazione parasimpatica - l’attivazione dei nervi simpatici.

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NEUROFISIOLOGIA DELLA MINZIONE Durante lo svuotamento il PMC induce: l’attivazione del parasimpatico con la contrazione del detrusore. l’inibizione dei nervi somatici con il conseguente rilasciamento dello sfintere uretrale esterno.

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NEUROFISIOLOGIA DELLA MINZIONE Le altre aree nervose superiori (corteccia, sistema limbico , ipotalamo) esercitano un controllo sul PMC e sui centri spinali. La funzione urinaria e’ controllata dal sistema nervoso centrale, attraverso diversi meccanismi e circuiti non ancora del tutto conosciuti.

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Neurofisiologia della minzione AREA PONTINA DORSO-MEDIALE DELLA MINZIONE + + NEURONI CONALI PARASIMPATICI INTERNEURONI GABA-ERGICI ( commissura grigia sacrale) SFINTERE URETRALE EST. (sinergia sfinteriale) AREA PONTINA DORSO-LATERALE NUCLEO DI ONUF (contrazione tonica sfintere uretrale est.) + +

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INNERVAZIONE CENTRALE AREE CEREBRALI E TRONCO-ENCEFALICHE

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Il ciclo minzionale Pressione vescicale Fase di riempimento Fase di svuotamento Riempimento vescicale Prima sensazione minzionale Desiderio minzionale normale Riempimento vescicale 200 ml

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IL CICLO MINZIONALE Può essere valutato con l’esame urodinamico : Fase di riempimento vescicale: misurazione della pressione endovescicale durante il riempimento artificiale della vescica con un piccolo catetere uretrale. Fase Minzionale: misurazione contemporanea della pressione endovescicale e del flusso urinario durante la minzione.

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Esame urodinamico Fase di riempimento : pressione endovescicale sensibilità vescicale, capacità vescicale contrazioni vescicali anomale (incontinenza urinaria) Fase minzionale: (relazione tra pressione endovescicale / flusso urinario) Fisiologico: normale pressione vescicale + normale flusso urinario Ostruzione: alta pressione vescicale + basso flusso urinario

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Controllo fisiologico della minzione Controllo normale Freccia gialla – sensorio Freccia azzurra – inibitorio

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Controllo fisiologico della minzione Capacità vescicale raggiunta Segnali sensori e inibitori al livello massimo

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Controllo fisiologico della minzione Minzione normale : i segnali di attivazione ( in rosso ) sostituiscono i segnali inibitori .

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NEUROFISIOLOGIA DELLA MINZIONE La Vescica fisiologicamente esplica una funzione di serbatoio e di pompa. Il ciclo minzionale consta di due fasi: Immagazzinamento delle urine nel serbatoio vescicale Emissione dell’urina attraverso il canale uretrale

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NEUROFISIOLOGIA DELLA MINZIONE Nell’adulto queste due fasi (immagazzinamento e svuotamento) sono sotto il controllo volontario , mediato dalla corteccia cerebrale e dal ponte con l’ausilio del Sistema Nervoso Periferico. Tali circuiti agiscono come un sistema On-Off consentendo alternativamente il riempimento e lo svuotamento vescicale.

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NEUROFISIOLOGIA DELLA MINZIONE Durante la fase di immagazzinamento - La corteccia cerebrale inibisce tonicamente il centro pontino della minzione. La L-Region del Ponte stimola i motoneuroni del nucleo di Onuf e fa contrarre lo sfintere uretrale esterno. Cosiddetto “Riflesso di Guardia”

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Fase Riempimento Vescicale +M 3 Nervi Pelvici ( Parasimpatico ) ACh +N Nervo Pudendo ( Somatico ) ACh - 3 + 1 Nervo Ipogastrico (Simpatico) NE  +M 2 Ach: acetilcolina NE: noradrenalina + - +

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NEUROFISIOLOGIA DELLA MINZIONE La scarica afferente dei meccanocettori vescicali è poco intensa e rimane confinata a livello spinale senza raggiungere i centri superiori. Sono attivi quindi solo i riflessi che si instaurano a livello spinale. L’input afferente stimola : il simpatico che inibisce il detrusore e stimola il collo vescicale e l’uretra con un aumento delle resistenze uretrali. - il nucleo di Onuf è responsabile della contrazione dello sfintere uretrale striato.

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NEUROFISIOLOGIA DELLA MINZIONE Con l’aumentare del riempimento vescicale, la più intensa stimolazione afferente dei meccanocettori vescicali riesce a giungere sino al Ponte ed alla Corteccia e ad attivare, se la volontà lo consente , i circuiti che funzionano da interruttore del Sistema Nervoso Centrale, dando inizio alla fase minzionale. L’input afferente ascendente dal midollo spinale può passare attraverso i neuroni di interconnessione nella sostanza grigia periacqueduttale prima di raggiungere il Centro Pontino della minzione.

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Controllo fisiologico della minzione Minzione normale : i segnali di attivazione ( in rosso ) sostituiscono i segnali inibitori .

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NEUROFISIOLOGIA DELLA MINZIONE A questo punto La Corteccia cerebrale può ritardare (sotto il controllo della volontà) la minzione inviando uno stimolo ai motoneuroni del nucleo di Onuf Oppure … … …

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NEUROFISIOLOGIA DELLA MINZIONE … … … dare origine al riflesso spino-bulbo-spinale con Stimolazione parasimpatica Rilasciamento della muscolatura liscia uretrale e del collo vescicale con caduta delle resistenze uretrali seguita dalla contrazione detrusoriale . Inibizione del sistema nervoso simpatico con riduzione del tono della contrazione della base vescicale e dell’uretra. Inibizione del nucleo di Onuf con rilasciamento della muscolatura del diaframma pelvico e dello sfintere striato esterno.

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Fase Minzionale +M 3 Nervi Pelvici ( Parasimpatico ) ACh Nervo Pudendo ( Somatico ) ACh - 3 + 1 Nervo Ipogastrico (Simpatico) NE  +M 2 Ach: acetilcolina NE: noradrenalina + - - NO2 -

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NEUROFISIOLOGIA DELLA MINZIONE Il rilassamento della muscolatura uretrale liscia e’ mediato dalla stimolazione parasimpatica dell’uretra, che provoca il rilascio di nitrossido d’azoto (agisce come un trasmettitore inibitore) e dalla rimozione degli input eccitatori colinergici somatici e adrenergici (simpatici) all’uretra.

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NEUROFISIOLOGIA DELLA MINZIONE Durante la minzione si ha l’attivazione del parasimpatico (colinergico) con la contrazione detrusoriale e l’inibizione simpatica (adrenergica) e somatica delle resistenze uretrali con apertura del collo vescicale, il riempimento dell’uretra ed il rilasciamento della componente muscolare del perineo. Lo svuotamento vescicale avviene quando la pressione endovescicale supera quella di chiusura uretrale: quando la fase minzionale si completa il pavimento pelvico e gli sfinteri si contraggono nuovamente il detrusore si rilascia ed il ciclo ricomincia.

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NEUROFISIOLOGIA DELLA MINZIONE Nel bambino questo riflesso è automatico e si instaura non appena la stimolazione afferente riesce a superare il circuito spinale perché non si sono ancora organizzati i centri corticali del controllo volontario.

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NEUROFISIOLOGIA DELLA MINZIONE Lo svuotamento vescicale e’ inoltre facilitato da riflessi secondari avviati dalla contrazione detrusoriale e dal flusso minzionale attraverso l’uretra. Iniziata la minzione, la scarica afferente generata dalla contrazione detrusoriale rinforza il riflesso minzionale; Questo potrebbe spiegare perche’ pazienti con neuropatie sensoriali, come i diabetici, talvolta non riescano a svuotare completamente la vescica. Inoltre il flusso urinario attraverso l’uretra facilita lo svuotamento vescicale tramite un riflesso uretro-vescicale mediato dalle afferenze uretrali. Questo meccanismo puo’ dare inizio ad una contrazione detrusoriale involontaria e spiegare l’ instabilita ’ detrusoriale , causata da una manovra del Valsalva o da un colpo di tosse in pazienti affetti da incontinenza urinaria da sforzo.

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NEUROFISIOLOGIA DELLA MINZIONE Si evidenzia così la singolarità del basso apparato urinario, unico sistema di organi viscerali sotto il controllo della volontà . Un volume di urine di circa 200 ml stimola i recettori della parete vescicale, viene inviato un messaggio alla corteccia cerebrale che risponde inizialmente con un desiderio minzionale, ma se le condizioni igienico-logistiche non sono adatte alla minzione lo stimolo viene inibito.

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Il ciclo minzionale Pressione vescicale Fase di riempimento Fase di svuotamento Riempimento vescicale Prima sensazione minzionale Desiderio minzionale normale Riempimento vescicale 200 ml

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Grazie

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NEUROFISIOLOGIA DELLA MINZIONE Approfondimenti: Testi consigliati Riabilitazione del pavimento pelvico Anna Bortolami Masson Editore Campbel Walsh Urology IX edition - 2007 Chapter 56 Section : neural control of the lower urinary tract

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