Elemi idegi működések és az idegrendszer alapszerveződése PDF

2. Elemi idegi működések, az idegrendszer alapszerveződése Készítette: Szabó Klaudia [email protected] Pszichológus BA hallgatók számára 2024 Az emberi szervezet hierarchikus felépítése SEJT...

2. Elemi idegi működések, az idegrendszer alapszerveződése Készítette: Szabó Klaudia [email protected] Pszichológus BA hallgatók számára 2024 Az emberi szervezet hierarchikus felépítése SEJT SZÖVET SZERV SZERVRENDSZER SZERVEZET  II. típusú pneumocyta Az emberi sejtek sokfélesége Purkinje sejt fotoreceptor sejt A sejtek morfológiai és funkcionális tulajdonsága függ a sejttípustól, melyek kialakulása az kehelysejt általuk specifikusan termelt fehérjekészlettől függ. Az általunk tanult „sejt” tehát idealizált. Íme piramissejt pár példa! fogak dentinjét termelő odontoblast bipoláris neuron limfocita unipoláris neuron  Az idegszövet NEURON Santiago Ramon y Cajal vezette be a fogalmát, Camillo Golgi szövettani módszerével dolgozott  neurondoktrína az idegrendszer strukturális és funkcionális egysége Santiago Ramon y Cajal Az emberi agyban kb. 20-50 billió számú neuron kapcsolódik Konnektivitási elv A neuronok kémiai kapcsolata a szinapszis (Sherrington) GLIA Az idegsejtet hüvelyezik be Camillo Golgi  A neuron axonvégfácska szinaptikus RÉSZEI dendrit sejtmag terminális Ranvier-féle befűződés Perikarion/szóma: idegsejt teste, mielinhüvely mely többnyire elágazó, axondomb ingerületfelvevő dendriteket axon visel Dendrit: ingerületfelvevő nyúlvány, receptor- végkészülékekhez kapcsolódhatnak Neurit: ingerületleadó, effektor axonnyúlványt és gliaborítását jelöli, végén többnyire szóma (soma) neurit elágazódás, végfácska, sejttest telodendron található perikarion A neuronok osztályozása a nyúlványaik száma szerint a, az unipoláris neuron csak egy axonnal rendelkezik b, a bipoláris neuronban a két nyúlvány a sejttest átellenes oldaláról indul c, a pszeudounipoláris neuronban a két nyúlvány közös eredéssel indul d, a multipoláris neuron sejttestjéről számtalan dendrit és egy axon ered  A gliasejtek - az idegrost hüvelyei Az axont általában gliaeredetű hüvely borítja be Kp. idegrendszerben oligodendroglia, amely nyúlványokat bocsájt a környezetében futó axonokhoz perifériás idegekben pedig Schwann-sejt van, amely egész testével burkolja be az axont Mindkettő szorosan körültekeredik a sejtmembrán kettőzettel az axon körül és VELŐSHÜVELY vagy MYELINHÜVELY jön létre Ranvier-befűződés: a szomszédos Schwann-sejtek találkozásánál az axon körül nincs hüvely, a befűződésnél az axon sejtmembránja Na+-csatornában gazdag, az ingerületvezetés szaltatórikus, ugrásszerűen terjed tovább Internodium: két Ranvier-befűződés közötti szakasz Vastag velőshüvelyű rostokban a befűződések távolabb esnek egymástól és a Ranvier-befűződés szakasza is hosszabb, az https://d2jx2rerrg6sh3.cloudfront.net/image-handler/picture/2020/2/%40shutterstock_1017266230.jpg idegrostok vezetési sebessége nagyobb  Velőshüvely a központi idegrendszerben speciális glia, az oligodendroglia képezi több nyúlványa van, amelyet a környezetében lévő axonokhoz küld a nyúlvány lapátszerűen kiszélesedő része többszörösen az axon köré tekeredik egy gliasejt kiesése több rost működését is megzavarhatja https://els-jbs-prod-cdn.jbs.elsevierhealth.com/cms/attachment/1071a63b-7bc0-4e4b-ab5b-af3430642228/gr1.jpg  A velőshüvely és az érzéstelenítés Érzéstelenítéskor a befűződés területén az idegrost membránjának nátriumcsatornái kerülnek blokkolásra Legalább 3 Ranvier-befűződés területét kell az érzéstelenítővel elérni, hogy az ingerületvezetés megszűnjön A velőszegény pl. fájdalomérző rostoknál az internodiumok rövidek, a befűződések közelebb vannak, kisebb területet jelent ez a 3 Ranvier-befűződés Vastag velőshüvelyű, nyomásérző rostoknál ez nagyobb területet jelent Valamely idegköteg rostjai közül a fájdalomérzés esik ki először  A velőtlen rostok Olyan idegrostok, melyek nem tartalmaznak velőshüvelyt Megtalálhatjuk itt is a Schwann-sejteket, de itt nem a Schwann-sejt tekeredik az axon köré, hanem az axon ágyazódik bele a Schwann-sejtbe Vegetatív idegrendszer rostjai általában Előfordulnak csupasz idegrostok is A nyugalmi membránpotenciál A biológiai membránok felépítése a sejt állományát a külvilág felé lezáró membrán biztosítja a sejt integritását, illetve a környezettel való kölcsönhatását, kapcsolatát sejtorganellumok határa → intracelluláris membránok elektronmikroszkópos szerkezete → trilamináris szerkezet: két szélső, sötét vonal egy harmadik, közbülső réteget fog közre, 8-10nm szemipermeábilis vagyis félig áteresztő hártya A foszfolipidek lipidmolekulák hidrofób vége egymás felé fordul lipidmolekulák hidrofil vége kifelé tekint Mi az ami átjuthat a foszfolipid kettős rétegen? kisméretű, hidrofób molekulák: O2, CO2, N2 kisméretű, töltést nem hordozó molekulák: víz, glicerol, etanol És mi az ami nem? nagyméretű, töltést nem hordozó molekulák: aminosavak, glükóz ionok: H+, Na+, HCO3-, K+, Ca2+, Cl-, Mg2+ Szóval ami magától nem tud átmenni, az nem is tud bekerülni a sejtbe?  A membránfehérjék a membrán tömegének 25-75%-a sejt és környezet kölcsönhatásában játszanak szerepet: transzportfehérjék, csatornák, receptorok  A csatornafehérjék típusai Csoportosítása az alapján történik, hogy minek a hatására kerülnek nyitott állapotba  feszültségfüggő csatornák ligandfüggő csatornák mechanoszenzitív ioncsatorna  A transzportfehérjék típusai Közös vonásuk, hogy minden egyes alkalommal, hogy a sejtmembrán két oldala között valamilyen iont vagy molekulát szállítanak, konformációváltozáson mennek keresztül, vagyis megváltozik a szerkezetük. 1. transzporterek: a passzív karrierek ionokat vagy semleges molekulákat azok kémiai vagy elektromos gradiense irányában mozgatnak. A szállítás irányának és a szállított molekulák mennyiség alapján csoportosítjuk őket. uniporter: egy molekula egy bizonyos irányba történő szállítása kotranszporter (szimporter): két molekula egyazon irányba történő szállítása antiporter: két molekula különböző irányba történő szállítása 2. aktív pumpák: ionokat szállítanak az adott ion elektrokémiai gradiense ellenében  A nyugalmi membránpotenciál létrejötte külső behatás nélkül a sejtmembrán elektromos grádiens tart fenn, polarizált állapotban van. Mit jelent ez? a sejtmembránon belüli (intracelluláris) tér negatívabb a sejten kívüli (extracelluláris) térhez képest ennek oka a sejten belül megtalálható negatív töltésű ionok és a negatív töltéssel bíró fehérjék mértéke sejttípustól függően változik a nyugvó, nem ingerelt neuron (emlős gerincvelői motoneuron nyugalmi potenciálja -70 mV)  A nyugalmi membránpotenciál fenntartása Nettó töltés és koncentrációkülönbség is fennáll mind a K+, mind a Na+ esetében is a membrán két oldala között Szivárgó K+-csatornák Na+/K+ ATP-áz (pumpa) 3 Na+ kifelé és 2 K+ befelé transzportálódik: a Na+/K+ ATP-áz (pumpa) a sejthártya két oldala közötti ionasszimmetria fenntartásáért felelős Következménye a nyugalmi membránpotenciál: a membrán belső tere a sejten kívüli térhez képest negatívan töltött lesz A Na+/K+ pumpa Nyugalmi membrán potenciál  Az idegsejtek működése – a receptorpotenciál Afferens információ  a szenzoros receptorok membránpotenciál-változásával veszi kezdetét, ezt az elektrotónusos potenciálváltozást szenzoros potenciálnak vagy receptorpotenciálnak nevezzük. Az idegvégződés típusától és a körülvevő járulékos struktúráktól függően mechanikai, hő- vagy kémiai ingerek válthatják ki A szenzoros potenciál amplitúdója arányos a kiváltó inger erősségével Primer szenzoros receptorok a bőr, a nyálkahártyák, az ízületek, az izomorsók mechanoreceptorai és a szaglóhám kémiai receptorai Az ioncsatornák állapota megváltozik  a szenzoros potenciál a nem specifikus kationcsatornák megnyílásának következménye, depolarizálódás  ionáramok keletkeznek, helyileg a membránpotenciál megváltozik, szenzoros potenciál https://dundeemedstudentnotes.files.wordpress.com/2012/04/untitled-picfewture6.png jelenik meg  Az idegsejtek működése – a receptorpotenciál Ha a depolarizálódás elér egy adott küszöbértéket  az elektrotónusos potenciálváltozás vagy egyetlen akciós potenciált / nagyobb mértékű depolarizálódás esetén, akciós potenciál sorozatot vált ki. Az akciós potenciál sorozat frekvenciája az inger intenzitását „frekvenciakódra” lefordítva továbbítja.  Az idegsejtek működése - receptorpotenciál A szenzoros idegvégződések az állandó intenzitású ingerre adott válaszuk alapján három típusba oszthatók: 1) Az egyik típusban az állandó intenzitású ingert depolarizálódás és az akciós potenciál frekvencia gyors és nagymértékű csökkenése követi: ezek a gyorsan adaptálódó receptorok 2) Más szenzorokban az állandó intenzitású inger alatt a szenzorpotenciál és az akciós potenciál frekvencia előbb gyorsan csökken, majd a csökkenés megáll, és a folyamatos ingert a kezdetinél alacsonyabb frekvenciájú akciós potenciál sorozat követi 3) A harmadik típusban az állandó inger tartós fennállása alatt csak kismértékben csökken a szenzoros potenciál amplitúdója, és ezzel a csökkenéssel párhuzamosan az akciós potenciál sorozat frekvenciája is csökken: ezek a szenzoros végződések a lassan adaptálódó receptorok csoportjába tartoznak.  A primer, szekunder és tercier szenzoros receptorok Primer szenzoros receptorok A sejt alapjáról induló nyúlványon keresztül indul el az ingerület a kp. felé Szekunder szenzoros receptorok (pl. a belső fülben) a mechanikai inger speciálisan differenciálódott hámsejtekre (szekunder érzéksejtekre, a belső fül szőrsejtjeire) hat a hámsejtek depolarizálódnak, transzmittert szabadítanak fel, és a transzmitter depolarizálja a csatlakozó idegvégződéseket a csatlakozás emlékeztet a szinapsisokra, a szinapticus potenciál válthat ki az idegvégződésben tovaterjedő akciós potenciált Tercier szenzoros receptorok a gerincesek fotoreceptoraiban (a pálcikákban és csapokban) a fény hiperpolarizálódást vált ki, és ez megváltoztatja a fotoreceptorsejt transzmitterleadását megváltozik a közbeiktatott bipoláris sejt állapota, és csak ez a változás tevődik át a csatlakozó neuron végződésére  EPSP (EXCITÁLÓ POSZTSZINAPTIKUS POTENCIÁL) A posztszinapticus membrán depolarizálódása ingerlő hatású a depolarizálódást az ingerlő hatású neurotranszmitterek váltják ki, amelyek nyitják a receptor-ioncsatornát A kationcsatornák nyitásakor Na+-ok áramlanak a postsznaptikus neuronba: a rövid időtartamú Na+-áram felelős a valamivel hosszabb ideig tartó EPSP-ért IDŐBELI SZUMMÁCIÓ: egy adott időtartamon belül a megismétlődő praeszinaptikus transzmitter felszabadulások depolarizáló hatásai összeadódnak TÉRBELI SZUMMÁCIÓ: egyetlen neuronon több ezer idegvégződés van jelen. Ha két vagy több közeli praeszinaptikus végződésből egyidejűleg vagy rövid időtartamon belül szabadul fel transzmitter, akkor a kiváltott depolarizálódások szintén összeadódnak  IPSP (INHIBITOROS POSZTSZINAPTIKUS POTENCIÁL) Az emlősök központi idegrendszeri szinapszisaiban a praeszinaptikus idegvégződésekből felszabaduló gátló transzmitterek (inhibitor) okozzák A gátló transzmitterek ionotrop receptora a Cl–-csatorna A kloridcsatornák nyílására a kloridionok elektrokémiai gradiensük mentén befelé áramlanak  Az akciós potenciál A receptorpotenciál vagy az összegezett PSP-k által kialakított helyi depolarizálódás eléri a küszöbértéket, az ingerület akciós potenciál formájában végigterjed az axonon Azt a minimális depolarizálódást, amely már kiváltja az akciós potenciált, ingerküszöbnek nevezzük Ha a depolarizálódás elérte a küszöbértéket, az akciós potenciál automatikusan bekövetkezik, ez egy öngerjesztő folyamat Az akciós potenciál amplitúdója független a kiváltó inger nagyságától, az akciós potenciál „minden vagy semmi” természetű https://www.moleculardevices.com/sites/default/files/images/page/what-is-action-potential.jpg Az akciós potenciál – ionáramok szerepe DEPOLARIZÁCIÓ Az akciós potenciál felszálló szárán az idegrost membránjának Na+-permeabilitása rövid időre a nyugalmi értékhez viszonyítva több százszorosára fokozódik Az extracelluláris Ca2+ koncentráció befolyásolja a Na+ csatornák nyitási feszültségfüggését (alacsonyabb Ca2+ koncentráció mellett már kisebb depolarizációra nyitnak) Az extracelluláris Na+-ok elektrokémiai potenciáljuk mentén beáramlanak a sejtplazmába, pozitív töltésük először depolarizálja a membránt, majd elérve a 0 potenciál vonalát megváltoztatja a membrán polaritását majd létrehozza a „túllövést” (overshoot) a csúcspotenciál („spike”) létrejöttéért a Na+-áramlás felelős  Az akciós potenciál – ionáramok szerepe REPOLARIZÁCIÓ Az akciós potenciál leszálló szárán a befelé irányuló Na+-áram és a Na+-permeabilitás csökken, majd megszűnik. Nagyjából ebben az időben az axon membránja K+-ok számára lesz permeábilis: a K+-ok elektrokémiai potenciáljuk mentén kifelé áramlanak. A K+-ok kiáramlása a membránpotenciált ismét negatív irányba, a repolarizálódás felé viszi el. Az akciós potenciál – ionáramok szerepe HIPERPOLARIZÁCIÓ Mivel az axon K+-permeabilitása ebben a szakaszban nagyobb, mint a nyugalmi K+-permeabilitás, a membránpotenciál az akciós potenciál lezajlása után néhány millivolttal negatívabb lesz, mint a nyugalmi membránpotenciál A nyugalmi membránpotenciál csak ezen átmeneti hiperpolarizálódás után áll helyre  Az akciós potenciál – ionáramok szerepe REFRAKTER PERIÓDUS A depolarizált membránban a Na+-csatornák inaktivált állapotba kerülnek: a kapu zárul, és nem nyitható. A neuronalis membrán Na+-csatornáinak így három lehetséges állapota van: zárt aktiválható, nyitott, végül zárt inaktivált állapot. Az inaktiválódás okozza az akciós potenciál lefolyása alatt a Na+-áram csökkenését, majd megszűnését. Az inaktiválódás fontos következménye, hogy közvetlenül a csúcspotenciál lezajlása után az axon rövid időszakra ingerelhetetlenné válik, refrakter állapotba kerül. Az inaktivált állapotot az axon repolarizálódása szünteti meg, a csatorna ismét a zárt aktiválható állapotba kerül, és az ingerlékenység helyreáll.  Az akciós potenciál stimulus tovaterjedés tovaterjedés  Az akciós potenciál terjedése A myelinhüvely elektromos ellenállása nagy  hatékony szigetelőréteget képez az axonmembrán körül. A velőhüvely néhány mm hosszúságú szakaszokban burkolja az axont és a Schwann-sejt határán megszűnik. Mielőtt a következő myelinhüvelyes szakasz kezdődik, az axon plazmamembránja egy egészen rövid szakaszon közvetlenül érintkezik az extracelluláris folyadékkal: ez a szakaszt Ranvier-féle befűződés. A Na+-csatornák szinte kizárólag a Ranvier-féle csomók területén találhatók. A Ranvier-féle csomóhoz érkező akciós potenciál depolarizálja a membránt, itt nodális akciós potenciál kialakulhat, amelynek során a következő teljes internodium egyszerre depolarizálódik, és ezzel kiváltja a következő nodalis akciós potenciált. Az akciós potenciál egyik csomóról a következőre „ugrik”, a velőhüvelyes idegrostokban az ingerületvezetésnek ezen módja az ugrásszerű, szaltatórikus vezetés.  A szinapszis Típusai: elektromos szinapszis kémiai szinapszis  A kémiai szinapszis a neuronok túlnyomó részének bemenetét a dendriteken és a sejttesten lévő szinaptikus kapcsolatok jelentik a két neuron közötti morfológiai és funkcionális kapcsolat, a fogalmat CHARLES SCOTT SHERRINGTON Nobel-díjas angol neurofiziológus vezette be a szinaptikus áttevődés kezdeti lépése egy elektrotónusos, gyors posztszinaptikus potenciál létrejötte a szinapsisok túlnyomó részében a posztszinaptikus potenciált a preszinaptikus végződésből felszabadult neurotranszmitter váltja ki egyes transzmitterek a posztszinapikus membrán gyors depolarizálódását, mások gyors hiperpolarizálódását hozzák létre  A neurotranszmitterek axonális transzportja a neurotranszmitterek a sejttestben szintetizálódnak és axonális (anterográd) transzporttal, vezikulába csomagolva kerülnek az axon végkészülékébe az axon végfácskába a neurotranszmitter a sejtváz bizonyos elemeinek, a mikrotubulusok segítségével jut el, egy kinezin nevű mozgató fehérje segítségével az üres vezikulák pedig retrográd irányú transzporttal kerülnek vissza a sejttestbe egy dinein nevű fehérje segítségével https://dm5migu4zj3pb.cloudfront.net/manuscri pts/168000/168554/medium/JCI168554.f1.jpg  A neurotranszmitterek axonális transzportja A szervezetbe jutott Clostridium tetani baktérium toxinja bejut a fertőzött terület idegvégződéseibe, és retrográd axonalis transzporttal eléri a központi idegrendszert A gerincvelő gátló neuronjaiban megszünteti az ingerületátvitelt  gátlás kiesik Izomgörcsök alakulnak ki  azt állapot gyakran végzetes lehet Az axonokon belül vírusok is transzportálódhatnak, pl: bárányhimlő (varicella) vírusa a gyermekkori fertőzést követően megtelepszik a gerincvelő hátsó gyöki ganglionokban vagy az agyidegek szenzoros ganglionjaiban Évtizedekkel később a vírus aktiválódhat, és anterográd axonalis transzporttal eljut a bőrbe, ahol eruptiók keletkeznek (övsömör – Herpes zoster)  A neurotranszmitterek felszabadulása 1) Praeszinaptikus membrán depolarizálódása 2) Feszültségfüggő Ca2+-csatornák gyors és rövid nyitása 3) Extracelluláris Ca2+ beáramlása az idegvégződésbe 4) A vezikula és a preaszinaptikus membrán összefekszik, az emelkedett Ca2+ hatására konformációváltozást szenvednek a fehérjék, amely következtében pórus nyílik meg 5) A neurotranszmitter a szinaptikus résbe ürül https://neurosciencenews.com/files/2016/09/neuron-synapse-neurosciencenews.jpg  A neurotranszmitterek eliminálása Több lehetséges mechanizmusa van 1) Transzmitter diffúziója a felszabadulás helyéről, így annyira csökken a koncentrációja, hogy nem képes a receptorokat aktiválni 2) Bomlás a szinaptikus résben enzim hatására pl. acetil-kolin, ATP esetében 3) Visszavétel a preszinaptikus végződésbe pl. dopamin, noradrenalin, szerotonin, GABA, glicin 4) A végződésbe visszavett neurotranszmitter végződésen belüli lebontása A neurotranszmitter receptorok típusai - a metabotróp receptorok A receptor aktiválást követően egy G-protein aktiválása következik be, amely disszociál két részre, majd Egy további enzimet aktivál és a sejt belsejében egy jelátviteli utat indít el Vagy ioncsatornát nyit meg A neurotranszmitter receptorok típusai - az ionotróp receptorok  A neurotranszmitterek és receptoraik IONOTRÓP RECEPTOROK METABOTRÓP RECEPTOROK Az ionotrop receptoroknak extracelluláris transzmitter- A metabotrop neurotranszmitter-receptorok transzmembrán fehérjék, amelyek intracelluláris felismerő régiójuk és a membránon keresztül húzódó jelközvetítő fehérjékkel állnak kapcsolatban és ezeken ioncsatornájuk van. keresztül fejtenek ki hatást. Dopamin Nikotinos acetil-kolin receptor (nAch) Hisztamin Glutamát receptorok (iGluR) Noradrenalin Gamma aminovajsav receptorok (GABA; GABA anioncsatorna) Glutamát (mGluR) Glicin anioncsatorna muszkarinos acetil-kolin receptor (mAch) ATP Szerotonin (5-hidroxi-triptamin; 5-HT)  A neurotranszmitterek és receptoraik Neurotranszmitter Ionotrop receptor Metabotrop receptor ACh n-ACh-receptor m-ACh-receptor (izom típusú és neuronalis típusú) 5-HT 5-HT3 Valamennyi egyéb 5-HT-receptor glicin glicinreceptor - GABA GABAA és GABAC GABAB Glutamát NMDA-receptor Metabotrop glutamátreceptor Non-NMDA-receptor ATP P2x P2Y Dopamin - D1-receptorok Noradrenalin - α1 α2 β-receptorok Hisztamin - H1-receptor Felhasznált irodalom Fonyó Attila, Geiszt Miklós: Az orvosi élettan tankönyve James W. Kalat: Biological psychology A. Faller, M. Schuenke: The Human Body. Nerve Tissue Röhlich Pál: Szövettan Sobotta: Atlas der Anatomie des Menschen Köszönöm a figyelmet!