Neurofysiologie Inhoudstafel 7-8 PDF

7 GUSTATIEF SYSTEEM 7.1 INLEIDING Het gustatief systeem is essentieel om onze voedselopname te controleren. 7.1.1 VIJF BASISSMAKEN - Zoet à betekent energierijke nutriënten. - Umami à laat ons AZ herkennen. - Zout à verzekert goede elektrolytenbalans....

7 GUSTATIEF SYSTEEM 7.1 INLEIDING Het gustatief systeem is essentieel om onze voedselopname te controleren. 7.1.1 VIJF BASISSMAKEN - Zoet à betekent energierijke nutriënten. - Umami à laat ons AZ herkennen. - Zout à verzekert goede elektrolytenbalans. - Zuur en bitter à waarschuwen voor eventuele toxische schadelijke stoffen. Vaak bestaan er goede overeenkomsten tussen chemische structuur en bepaalde smaak. Hoewel er soms uiteenlopende chemische structuren aanleiding geven tot eenzelfde smaak; zoals suikers en bepaalde eiwitten (monelline) & artificiële zoetstoffen (aspartaam). 7.1.2 GROTE VARIËTEIT AAN SMAKEN ONDERSCHEIDEN Proeven is samenspel van smaak, reuk en somesthesie. Smaak draagt ook bij aan plezier en genot en wordt sterk beïnvloed door emotionele en motivationele factoren. - Verschillende combinaties van basismaken. - Gelijktijdige invloed van geur. - Werking van andere receptoren voor textuur, temperatuur en pijn (TRPV1 en pepers). 7.2 PERIFEER SENSORIËLE APPARAAT 7.2.1 SMAAKKNOP - 1 smaakknop: 100 smaakreceptorcellen. - Bij hogere concentraties verdwijnt de selectiviteit vd papil. - Verschillende types smaakcellen per smaakknop. - Levensduur smaakcel = 2 weken. Zijn gegroepeerd in 3 soorten papillen op de tong: - Papillae fungiformes vooraan - Foliatae achteraan thv tongrand - Circumvallatae op middellijn achteraan - Ook nog smaakknoppen id keel en gehemelte. - Bitter meer achteraan (last line of defense). 7.2.2 SMAAKRECEPTORCEL Chemisch gevoelig deel ligt apicaal, waar microvilli id porus projecteren. 59  7.2.3 VERSCHEIDENHEID IN SIGNAALTRANSDUCTIE 7.2.3.1 ZOUTE SMAAKRECEPTOREN 1. Amiloridegevoelige Na+ -kanalen (EnaC) die gewoonlijk openstaan. 2. Inname zout = concentratiegradiënt Na+ verhoogt. 3. Cel depolariseert. Als er hoge concentratie zout aanwezig is à ook bitter- en zuurreceptoren actief, geeft aversief effect. 7.2.3.2 ZURE SMAAKRECEPTOREN 1. Aanwezigheid van H+ ionen. 2. Dringen cel binnen via Otop1-kanalen. 3. Receptorpotentiaal zorgt dat spanningsgevoelige Ca2+ kanalen openen. 4. Vrijzetting serotonine. 7.2.3.3 ZOET, UMAMI EN BITTER SMAAKRECEPTOREN Zoet = T1R2 + T1R3 Umami = T1R1 + T1R3 Bitter = T2R 1. Allemaal specifieke G-proteïnegekoppelde receptoren. 2. Via PLC wordt IP3 gevormd. 3. Openen van Na+ kanalen & Ca2+ vrij. 4. Via transmembranair kanaal wordt ATP vrijgezet. 5. Gustatieve afferenten actief. Voor zoet is er lage bindingsaffiniteit. Bittere T2R-receptoren hebben hoge affiniteit. Zout Zuur Zoet, bitter, umami 60 Veel smaakreceptorcellen zijn selectief voor één bepaalde smaak (één smaak – één cel). Sommige receptorcellen vertonen een brede tuning en antwoorden op meer dan een van de basissmaken. Ook bestaat er nog convergentie van verschillende smaakreceptorcellen op de gustatieve afferenten. 7.3 CENTRALE GUSTATIEVE BANEN 7.3.1 PROJECTIES 1. Via craniale zenuwen VII, IX en X komen de gustatieve afferenten binnen in de hersenstam. 2. Synaps in de nucleus tractus solitarius (NTS). 3. Projectie naar VPM- kern vd thalamus à naar insulo-operculair gelegen primaire gustatieve cortex, voor bewuste perceptie en discriminatie van smaak. Ook belangrijke projecties vd NTS naar centra in de hersenstam betrokken bij slikken, speekselproductie en braken. Ook verbindingen met de hypothalamus die het eetgedrag sturen en betrokken zijn bij verzadiging. 4. Primaire smaakcortex id insula. 5. Gustatieve cortex hogere orde id orbitofrontale cortex (OFC). o Selectievere neuronen die antwoorden op bepaalde smaak. o Multimodale neuronen: op gustatieve, olfactieve en visuele prikkels. Convergentie gustatief + olfactief + somatosensorieel + visueel = integratie van zintuigen bij eetgedrag. o Motivationele modulatie (in tegenstelling tot primaire gustatieve cortex). à Antwoorden gemoduleerd door verzadiging: sommigen minder antwoorden op bepaalde smaak wanneer tot verzadiging wordt gegeten, terwijl ze wel blijven antwoorden op smaken die niet tot verzadiging gegeten zijn. à Signaal projecties van laterale hypothalamus à OFC (belang subjectieve smaaksensaties). 61 7.3.2 CODERING Labeled lines perifeer: Bepaalde neuronen in de cortex krijgen input vanuit bepaalde subsets van smaakcellen. Selectiviteit vd receptorcellen (sommige smaakcellen hebben bredere tuning). Door brede tuning à nood aan populatiecodering centraal: Het patroon vd gecombineerde activiteit van groepen neuronen kan een groot aantal smaken signaleren. Afferente axonen ontvangen convergerende input van verschillende receptoren. Bij knaagdieren: een gustotopische organisatie aangetoond met clustering van smaken in de insula. Bij de mens: Er bestaat spatiale populatiecode met verschillende activatiepatronen voor sensatie en kwaliteit van smaken, maar geen consistente receptorspecificiteit in een bepaalde hersenregio. Vermoedelijk is er bij de mens sprake van brede tuning met neuronen gevoelig aan verschillende smaken. Conditionering op basis van smaak gebeurt door proefdieren een smaak te geven en tegelijk een stof die hen tijdelijk misselijk maakt. Smaakaversie leren Is bijzonder robuuste vorm van associatief leren: is specifiek voor associatie smaak-misselijkheid (werkt niet voor bv smaak en pijnprikkels), het vergt weinig ervaring (soms is een enkele ervaring voldoende) en het kan geruime tijd blijven bestaan, zelfs bij een relatief lang interval tussen de smaak en het optreden van misselijkheid. Neuronen in de orbitofrontale cortex kunnen eveneens single-trial learning vertonen. 8 OLFACTIEF SYSTEEM 8.1 INLEIDING We kunnen 1000en geuren onderscheiden, vooral potentieel schadelijke. Reukzin is communicatiemiddel; bij veel dieren spelen feromonen een belangrijke rol bij reproductie. 8.2 HET REUKORGAAN 62 8.2.1 REUKEPITHEEL - Receptorcellen o Echte neuronen die om de 6 weken vernieuwd worden via regeneratie vanuit basale cellen. o Hebben dunne dendriet die in knop eindigt aan epitheeloppervlak. o Van daaruit steken cilia die receptoren bevatten in de mucuslaag. o Fila olfactoria aan andere uiteinde bezitten receptorcellen = ongemyeliniseerde axonen in bundels die schedel binnendringen. - Steuncellen - Basale cellen - Bedekt met dunne laag mucus: reukstoffen lossen hier op voor ze binden aan receptoren. 8.2.2 TRANSDUCTIEMECHANISME 1. Activatie van Golf-proteïne. 2. Vorming cAMP id receptorcellen. 3. cAMP bindt aan ionenkanalen. 4. Na+ en Ca2+ stromen cel binnen = depolarisatie. 5. Ca2+-gevoelige Cl-- kanalen openen door verhoogde [Ca2+]i. 6. Cl- stroomt cel uit = verdere depolarisatie. (Cl concentratie is hoog in receptorcellen) 7. Receptorcellen vertonen adaptatie: ontstaat na enkele minuten, berust op desensitisatie van geurreceptor door fosforylatie en verminderde gevoeligheid van ionenkanalen voor cAMP. 8.2.3 GENETISCH Knaagdieren: Mens: - 1000en genen voor geurreceptoren. - 350 genen voor geurreceptoren. Elke receptor heeft brede tuning voor bepaalde chemische structuren en herkent multipele odoranten. Combinatoriële code laat ons veel odoranten onderscheiden: elke odorant zal concentratie-afhankelijk binden aan meerdere receptoren. Zo wordt iedere odorant gedetecteerd door verschillende types receptoren. à Populatiecodering. 63 8.3 CENTRAAL OLFACTIEVE BANEN 8.3.1 BULBUS OLFACTORIUS - 3-lagige paleocortex. - Vormt rostrale verdikking vd tractus olfactorius. Knaagdieren: 2000 glomeruli: groot aantal axonen afkomstig van primaire olfactieve neuronen, maken synaps met 100-tal mitraal cellen en tufted cells (= neuronen van tweede orde). Precieze overeenkomst soort receptor en glomerulus: - Elke receptorcel projecteert naar 2 glomeruli bilateraal in bublus olfactorius. Ongeveer 2000 glomeruli die elk input krijgen van 1 receptorcel. - Elke glomerulus ontvangt input van olfactieve receptorneuronen die specifiek receptorgen tot expressie brengen à Convergentie vd axonen van olfactieve receptorneuronen id glomerulus. Glomeruli vormen geordende kaart vd receptorgenen in het reukepitheel id bulbus olfactorius. Odotopie = olfactieve ‘kaart’ in bulbus olfactorius à Activatiemap. 8.3.2 CODERING 8.3.2.1 SOORTEN INTERACTIES - Intra- en interglomerulaire interacties. - Inhibitorische en excitatorische interacties. 64  1. Activatie van cannabinoïdreceptoren (CB1) op de Contrastversterking tussen geuren via laterale inhibatie door: neuronen van de dalende banen. 2. Korrelcellen geïnhibeerd (inhibitie van - interneuronen glutamaattransmissie). - periglomerulaire cellen 3. Netto-activiteit in de bulbus olfactorius verhoogt. - korrelcellen Cannabis verhoogt dus de geurdetectie en oefent via Dalende banen via glutamaat hebben ook invloed op deze weg een invloed uit op de eetlust en de smaak. korrelcellen en periglomerulaire cellen. 8.3.2.2 RECEPTOREN ZIJN BREED GETUNED Zoals gustatief systeem. Met populatiecodering, zodat geur wordt gecodeerd door groot aantal neuronen. 8.3.2.3 ACTIVATIEMAP Afhankelijk van aard en concentratie van odorant à spatiale activatiemap in bulbus olfactorius. Hoewel geuren geen duidelijke spatiale eigenschappen hebben, wordt de geur van een bepaalde chemische stof omgezet in een complex spatiaal patroon van neurale activaties in de bulbus olfactorius en eveneens zo in de olfactieve cortex. 8.3.2.4 TEMPORELE CODERING Temporele patroon van AP’s, oscillaties en synchronisatie van neurale activiteit à bevat info van een geur. 8.3.3 PROJECTIES Axonen in de tractus olfactorius projecteren rechtstreeks naar diverse olfactieve gebieden, zoals de: - nc olfactorius anterior - het tuberculum olfactorium - de piriforme cortex - de corticomediale amygdala - peri-amygdaloïde cortex. De projecties zijn vooral ipsilateraal, maar via de nucleus olfactorius anterior bestaan er ook verbindingen naar contralateraal. Corticale projecties in het olfactief systeem: 1. Bulbus à tractus olfactorius 2. Orbitofrontale cortex & Piriforme cortex (bestaat uit drielagig paleocortex en situeert zich als primaire olfactieve cortex op ventrale frontotemporale junctie). Tuberculum olfactorium en naar contralateraal. Entorhinale cortex: geheugen van geuren. Hypothalamus: eetgedrag + reproductie. Amygdala/limbisch systeem: emotie. Hippocampus. Thalamus (MD) à OFC. 65 Primair olfactief: piriforme cortex à verschil in geur detecteren. - Olfactieve projecties verlopen rechtstreeks naar primaire olfactieve cortex. - Indirecte projecties naar OFC verlopen via thalamus. Hogere orde cortex: orbitofrontale cortex (OFC) à perceptie: identificatie, geurdiscriminatie. - Krijgt input van de primaire olfactieve cortex, zowel rechtstreeks als onrechtstreeks via de mediodorsale thalamus. - OFC-neuronen projecteren ook naar de secundaire gustatieve cortex. Neuronen zijn sterk beïnvloed door veranderingen in smaak-beloningsassociaties: wanneer een aangeleerde associatie tussen twee geuren en een smaak-beloningsstimulus plots wordt omgekeerd, zullen de antwoorden van deze neuronen ook veranderen. - De OFC ontvangt multimodale sensoriële input, zoals beschreven in het gustatieve systeem. Patiënten met OFC-letsels: deficits in geurperceptie en -discriminatie, maar niet zozeer in geurdetectie. 66 8.3.4 KLINISCHE TOEPASSINGEN Olfactieve disfunctie is vaak een vroegtijdig symptoom bij neurodegeneratieve aandoeningen, zoals de ziekte van Parkinson en Alzheimer. Daarbij bestaat er typisch aantasting van de centrale olfactieve structuren. COVID-19 kan eveneens leiden tot hinderlijke reukstoornissen. De steuncellen in de olfactieve mucosa, en niet de neuronale structuren, vormen daarbij het belangrijkste doelwit van het SARS-CoV-2-virus. Bij de meeste patiënten met langdurige COVID-19-gerelateerde anosmie bestaat er na één jaar een herstel van de geur. 67 68