Organizacija CNS-a PDF

Organizacija živčanog sustava, sinapse i neurotransmiteri Izv. prof. dr. sc. Tanja Grubić Kezele, dr. med. Zavod za fiziologiju, imunologiju i patofiziologiju [email protected] KLASIFIKACIJA I – ANATOMSKA ILI STRUKTURNA PODJELA: 1- SREDIŠNJ...

Organizacija živčanog sustava, sinapse i neurotransmiteri Izv. prof. dr. sc. Tanja Grubić Kezele, dr. med. Zavod za fiziologiju, imunologiju i patofiziologiju [email protected] KLASIFIKACIJA I – ANATOMSKA ILI STRUKTURNA PODJELA: 1- SREDIŠNJI ŽIVČANI SUSTAV (mozak i l.m.) 2- PERIFERNI ŽIVČANI SUSTAV (živci koji izlaze iz SŽS-a, gangliji, receptori) II – FIZIOLOŠKA ILI FUNKCIONALNA PODJELA: 1- OSJETNI DIO (aferentni) 2- MOTORIČKI (eferentni) - somatski dio (voljni) - autonomni dio (nevoljni) STRUKTURNA PODJELA SREDIŠNJI ŽIVČANI SUSTAV (SŽS) mozak i leđna moždina nalazi se u stražnjem dijelu tjelesne šupljine to su integracijski i zapovjedni centri PERIFERNI ŽIVČANI SUSTAV (SŽS) živci, gangliji, receptori dio živčanog sustava izvan SŽS-a  LEĐNA MOŽDINA VELIKE ANATOMSKE REGIJE MOZGA ili veliki mozak MOŽDANA KORA BALAZNI GANGLIJI FUNKCIONALNA PODJELA PERIFERNI ŽIVČANI SUSTAV OSJETNI ŽIVČANI SUSTAV MOTORIČKI ŽIVČANI SUSTAV receptori šalje informacije iz SŽS- a u ostatak tijela prenosi informacije s periferije u SŽS SOMATSKI DIO VISCERALNI DIO SOMATSKI DIO AUTONOMNI DIO (receptors) - dobiva osjetne -dobiva osjetne “Voljni” živčani “Nevoljni” informacije iz informacije iz sustav: inervira živčani sustav: and glands kože, fascija, utrobnih organa skeletne mišiće inervira srčani zglobova, mišić, glatko skeletnih mišića, mišićje, žlijezde posebnih osjeta Osjetni dio živčanog sustava – osjetni receptori - Kroz periferne živce u mnoga senzorna područja u SŽS-u: (1) leđna moždina na svim razinama (2) retikularna tvar: produljena l.m., pons, i mezencefalon (3) mali mozak (4) talamus (5) osjetni dio moždane kore Motorički dio živčanog sustava - efektori - Kontrola skeletnih mišića kroz različite razine SŽS-a: (1) l.m. (2) retikularna tvar: produljena l.m., pons, i mezencefalon (3) bazalni gangliji (4) mali mozak (5) motorički dio moždane kore Svako od ovih područja ima svoju ulogu: - Niže razine čine automatske i trenutne odgovore na osjetni podražaj - Više razine čine kompleksne mišićne pokrete kontrolirane misaonim procesima mozga Kako funkcionira živčani sustav? 3 opće funkcije: 1. Registriranje osjetnih podražaja: identificira promjene koje se događaju unutar ili izvan tijela pomoću osjetnih receptora (podražaja) osjetni receptori: u očima, ušima, koži, dubokim tkivima itd. interakcija s okolinom tijela (vanjskom i unutarnjom) 2. Integracija: obrađuje, analizira i tumači te promjene te donosi odluke u središnjem živčanom sustavu (SŽS): leđna moždina, moždano deblo, mali mozak, subkortikalne strukture i moždana kora 3. Motorički odgovor: odgovor aktivacijom skeletnih mišića (kontrakcija skeletnih mišića - efektor) autonomna djelovanja (kontrakcije glatkih mišića i lučenje žlijezda - efektori) odgovarajuće mentalne radnje (razmišljanje, govor, učenje, ponašanje, pamćenje) Razine SŽS-a - funkcije 3 velike razine: 1. razina leđne moždine (l.m.) - čak uoči odvajanja l.m. od viših razina SŽS-a, l.m. i dalje omogućuje odvijanje određenih složenih refleksnih radnji - pokreti hodanja - anti-gravitacijski refleksi - refleksi za kontrolu lokalnih krvnih žila - gastrointestinalni pokreti - uriniranje 2. niže moždane razine ili subkortikalna razina (produljena l.m., pons, mezencefalon, hipotalamus, talamus, mali mozak, i bazalni gangliji) - podsvjesne aktivnosti: kontrola arterijskog tlaka i respiracije - obrasci mnogih emocija, kao ljutnja, uzbuđenje, seksualni odgovor, reakcija na bol, ugodu 3. više moždane razine ili moždana kora - veliki rezervoar memorije - nikad ne funkcionira kao sama već je povezana s nižim centrima SŽS-a - bez moždane kore je funkcija nižih razina neprecizna - korteks je važan za misaone procese, ali ne mogu se samostalno odvijati bez nižih razina (niže razine iniciraju svjesnost u korteksu) ORGANIZACIJA ŽIVČANOG SUSTAVA – ŽIVČANO TKIVO - Živčani sustav se sastoji od živčanog tkiva, koji sadrži 2 tipa stanica: 1 – ŽIVČANE STANICE ILI NEURONI (tijela stanica) 2 – SUPORTIVNE STANICE ILI GLIJA STANICE - Što je neuron? - to je osnovna strukturna i funkcijska jedinica živčanog sustava. - živčani sustav sadrži milijune neurona koji se razlikuju po veličini, obliku i broju nastavaka. DIJELOVI NEURONA DENDRITI STANIČNO TIJELO JEZGRA AKSON MIJELINSKA OVOJNICA PRESINAPTIČKI ZAVRŠETAK ILI TERMINAL  NEURON-NEURON (CNS, PNS) ANATOMSKE VRSTE SINAPSI SINAPSE NEURON- SKELETNI MIŠIĆ (PNS) Sinapse A. KEMIJSKE SINAPSE NM spojnica Skoro sve sinapse u SŽS-u FUNKCIJSKE VRSTE SINAPSI Prvi neuron otpušta neurotransmiter u pukotinu koji zatim sjeda na receptor drugog neurona te aktivira kanale za ulaz iona Tako uzrokuje ekscitaciju ili inhibiciju drugog neurona B. ELEKTRIČNE SINAPSE Presinaptički i postsinaptički neuron se nalaze blisko jedan do drugoga omogučujući direktan prijelaz iona Rjeđe su od kemijskih sinapsi u SŽS-u su važne u procesu memorije, emocija i sl. Glatko mišićje u šupljim visceralnim organima, srčani mišić Fiziološka anatomija sinapsa 3 osnovna dijela: 1. Presinaptički završetak (Presinaptički završetak ili terminal) 2. Sinaptiča pukotina 3. Postsinaptički neuron Voltage gated (ili mišić, kromafine stanice u srži nadbubrežne žlijezde, Ca++ chanels ili drugih žlijezda poput znojnica) Širine oko 20 - 30 nm. Presinaptički završetak ima 2 važne strukture: 1. Neurotransmiterske vezikule: kad se otpuste u sinaptičku pukotinu, ili ekscitiraju ili inhibiraju postsinaptički neuron. 2. Mitohondriji stvaraju ATP, koji daje energiju za Između 10.000 i 200.000 tankih sinaptičkih čvorića se nalaze sintezu novih molekula transmitera. na površini dendrita i some (tijela neurona) koje zovemo presnaptički završetci ili terminali. Njih oko 80-95% leže na dendritima i samo 5-20% na somi (tijelu neurona).  ACETILKOLIN (Ach) - prvi otkriveni neuron uglavnom ekscitacijski neurotransmiter inhibicijski efekt - inhibicija srca s vagusom na neuromišićnoj spojnici na mnogim sinapsama SŽS i AŽS a) 1000 ili više puta jači od brzodjelujućih neurotransmitera a) često uzrokuju mnogo dulja djelovanja  ELEKTRIČNA ZBIVANJA TIJEKOM NEURONSKE EKSCITACIJE / INHIBICIJE MEMBRANSKI POTENCIJAL U MIROVANJU (MPM) Svaka živa stanica koju ovija membrana pokazuje u mirovanju određenu električnu polariziranost, i to pozitivni naboj s vanjske strane stanice, a negativni naboj unutar stanice MPM - Nastaje uslijed različite koncentracije iona s obje strane stanične membrane, kao i različite propustljivosti membrane za ione Na+, K+ i Cl- većinom uključeni u stvaranje potencijala na membranama ELEKTRIČNA ZBIVANJA TIJEKOM NEURONSKE EKSCITACIJE / INHIBICIJE MPM neuronske some (tijela) je oko -65mV (za razliku od -90mV u velikim perifernim živcima i vlaknima skeletnih mišića)  ELEKTRIČNA ZBIVANJA TIJEKOM NEURONSKE Zašto Na+ ulazi tako brzo u velikim količinama EKSCITACIJE / INHIBICIJE u stanicu nakon otvaranja Na-kanala? 1. EKSCITACIJSKI POSTSINAPTIČKI POTENCIJAL 1. Zbog velike razlike u koncentraciji izvan- 2. INHIBICIJSKI POSTSINAPTIČKI POTENCIJAL unutra 2. Zbog velike negativnosti unutar stanice koja privlači pozitivne Na+ - neurotransmiter → djelomična depolarizacija (Na+ influks) → pozitivno povećanje voltaže iznad normalnog mirujućeg normalnog membranskog potencijala - EKSCITACIJSKI POSTSINAPTIČKI POTENCIJAL. - Jedan ekscitacijski membranski potencijal ne čini AKCIJSKI POTENCIJAL - Sumacija mnogih takvih potencijala povećava membranski potencijal sa -65mV na -45mV - Simultano pražnjenje više terminalnih nastavaka dovodi do sumacije (nikad jedan; njih 40-80) - Takva razlika od 20mV uzrokuje da aksonski brežuljak dosegne razinu okidanja za AKCIJSKI POTENCIJAL AKCIJSKI POTENCIJAL (AP) je pojava električnih zbivanja koja putuje duž membrane neurona (aksona), koji se javlja kao odgovor na dovoljnu razinu ekscitacije (depolarizacija). Ova depolarizacija zatim uzrokuje sličnu depolarizaciju susjednih mjesta. Ovaj potencijal je fenomen koji se obično označava kao nervni impuls, podražaj, razdraženje, nadražaj, a sve češće i tuđicom ekscitacija. ELEKTRIČNA ZBIVANJA TIJEKOM NEURONSKE EKSCITACIJE / INHIBICIJE 1. EKSCITACIJSKI POSTSINAPTIČKI POTENCIJAL 2. INHIBICIJSKI POSTSINAPTIČKI POTENCIJAL Smanjenje membranskog potencijala ispod razine mirujućeg membranskog potencijala – INHIBICIJSKI POSTSINAPTIČKI POTENCIJAL. Ulazak Cl- i izlazak K+ dovode deo takvih promjena, tj HIPERPOLARIZACIJE smanjenje s normalnih -65mV na -70mV To je vrijednost od -5mV ELEKTRIČNA ZBIVANJA TIJEKOM NEURONSKE INHIBICIJE 2 su tipa inhibicije: 1. Postsinaptička 2. Presinaptička 1. Postsinaptička Inhibicija (DIREKTNA) - Inhibicijski neuron direktno inhibira postsinaptički neuron → hiperpolarizacija zbog otvaranja Cl- i/ili K+ kanala 2. Presinaptička Inhibicija (INDIREKTNA) Inhibicijski neuron indirektno inhibira postsinaptički neuron preko inhibicije presinaptičkog završetka Spriječava otpuštanje neurotransmitera iz presinaptičkog neurona Primjer: kontrola ulaska signala boli u SŽS  Mehanizam kojim akcijski potencijal uzrokuje otpuštanje neurotrasmitera iz presinaptičkog neurona 1. akcijski potencijal se širi duž presinaptičkog SNARE = Soluble N-ethylmaleimide-Sensitive Factor nastavka Attachment Proteins (SNAP) + RE (receptors) 2. Ca2+ kanali se otvore te ulazi veliki broj Ca2+ u presinaptički završetak 3.A) Ca2+ se veže za specijalni protein (pristanišni proteini ili SNARE proteini) na unutarnjoj površini presinaptičke membrane, tzv. otpusna mjesta 3.B) otpusna mjesta se spoje s vezikulom koje otpuste svoj neurotrasmiter u sinaptičku pukotinu nakon svakog akcijskog potencijala 4. membrana postsinaptičkog neurona sadrži veliki broj receptorskih proteina 5. promjene u postsinaptičkom membranskom potencijalu 6. akcijski potencijal napreduje kroz sljedeću stanicu  Mehanizam kojim akcijski potencijal uzrokuje otpuštanje neurotrasmitera iz presinaptičkog neurona Vesicle fusion is driven by high-affinity - SNARE proteini - interaction between v-SNARE and t-SNARE proteins, regulated by Ca2+ and ULOGA: Ca2+-binding proteins through their posredovanje spajanja vezikule i ciljne membrane interaction with the SNARE complexes posredovanje otpuštanja neurotransmitera iz vezikule živčani SNARE-ovi su mete nekih bakterijskih neurotoksina: - botulinum toxin (Clostridium botulinum) - tetanus toxin (Clostridium tetani) SNAREs can be divided into two categories: 1. vesicle or v-SNAREs, which are incorporated into the membranes of transport vesicles during budding 2. target or t-SNAREs, which are associated with nerve terminal membranes. Synaptotagmins (VAMP1 and VAMP2) serve as a Ca2+ sensors that link Ca2+ influx to SNARE mediated synaptic vesicle fusion VAMP=Vesicle associated membrane proteins Clostridium tetani Stanište: Clostridium tetani i njehove spore: tlo i crijeva mnogih životinja. Klinička važnost: Clostridium botulinum - uzrokuje tetanus koji je često povezan s ubodnim ranama. Stanište: spore su široko distribuirane u tku i vodenim sredinama. Potentni neurotoksin (tetanospazmin), otpušta se duboko u rani te se veže za živac, uzrokujući paralizu i spazme. Početak Klinička važnost: simptoma tipično 3-21 dan nakon infekcije. - uzrokuje botulizam; slabost, poremećaj vida i govorenja i mlohavu paralizu. Tetanus: smazmi obično započnu u vilici te se šire duž ostatka tijela. Obično traju nekoliko minuta i pojavljuju se tijekom 3-4 tj. Oporavak može trajati mjesecima. Oko 10% inficiranih umire. Botulinum toxin = proteolitički enzim Mehanizam djelovanja: 1. vezanje za membranu neurona u neuromišićnoj (NM) sinapsi 2. endocitoza - ulazak u stanicu 3. proteoliza SNARE proteina 4. mlohava paraliza (snižen mišićni tonus) zbog blokiranog otpuštanja ekscitacijskog neurotransmitera (acetilkolina) u NM sinapsi  Tetanus toxin = proteolitički enzim Mehanizam djelovanja: 1. vezanje za presinatičku membranu perifernog živca 2. retrogradni transport kroz sam živac do leđne moždine (CNS-a) prema inhibicijskim neuronima 3. endocitoza i proteoliza SNARe proteina (sinaptobrevina) 4. spastična paraliza (povišen mišićni tonus) zbog blokiranog otpuštanja inhibicijskih neurotrasmitera (glicin ili GABA) u leđnoj moždini- posljedično tome motoneuron koji inervira mišić bude previše ekscitiran i vrši grčenje mišića