Integratieve neurobiologie (Mark. F. Bear e.a., Neuroscience, exploring the brain, Lippincott, Willians _ Wilkins, 1996 (derde editie)) H1. Neuroscience: past, present and future The origin of neuroscience (blz 4 – 12) Al in de prehistorie was men zich ervan bewust dat de hersenen cruciaal zijn voor leven. Het hart werd echter gezien als de ziel van de mens en ook de plaats van het geheugen. Sommige Grieken (Hippocrates) dachten al dat het brein niet alleen betrokken was bij waarneming maar ook bij intelligentie. Anderen dachten dat ook intelligentie in het hart zat. In de Romeinse tijd ontdekte de Griek Galen dat waarnemingen in de hersenen moesten ingeprint om herinneringen te worden (in het cerebrum) en dat het cerebellum de spieren aanstuurde. Een algemene zienswijze was dat ons lichaam functioneerde door een balans in vier vloeistoffen (hormonen) die door de zenuwen werden getransporteerd door het lichaam (vanuit de ventrikels). Dit idee werd in de 17e eeuw versterkt. De hgersenen werden gezien als een soort hydraulische machine; de zenuwen pompen je letterlijk po en veroorzaken beweging. Descartes dacht dat deze theorie opging voor andere dieren, maar niet voor de mens, omdat die een door God gegeven ziel had. Gedachten stonden los van deze hersenen. In de moderne neurowetenschappen is de conclusie dat de gedachten een deel van de hersenen zijn. Aan het eind van de achtiende eeuw was men gekomen tot de volgende conclusies: - hersenbeschadiging kan waarnemingen, beweging en dood veroorzaken - Het brein communiceert met het lichaam via zenuwen - Het brein heeft verschillende identificeerbare delen, die waarschijnlijk elk een andere functie hebben - Het brein werkt als een machine en volgt de natuurwetten Gedurende de negentiende eeuw ontdekte men: - Dat zenuwen net draden zijn; ze worden electrisch gestimuleerd (dus niet door vloeistof). - Specifieke functies bevinden zich op specifieke plaatsen in het brein - De evolutie van het zenuwstelsel - Het neuron is de basisfunctionele eenheid van de hersenen. Neuroscience today (blz 13 – 21) Analyse niveau’s: - Moleculaire neurowetenschappen - cellulaire neurowetenschappen - systeem neurowetenschappen - Gedrags neurowetenschappen - Cognitieve neurowetenschappen Neurobiologie is multidiciplinair: Neurofysiologie, -farmacie, -anatomie en moleculaire neurobiologie. Het wetenschappelijk proeces van analyse van het brein heeft vier stappen: 1. observatie (waarnemen) 2. replicatie (observaties herhalen in andere patienten of andere proef) 3. interpretatie (conclusies trekken uit observaties) 4. verificatie (een andere onderzoeker kan dezelfde proef uitvoeren met zelfde conclusie) Bij neurowetenschappelijk onderzoek worden profdieren gebruikt. Hiervoor gelden bepaalde regels: 1. Dieren mogen allen gebruikt worden voor waardevolle experimenten die veelbelovend zijn voor onze kennis van het zenuwstelsel 2. Alle noodzakelijke stappen worden genomen om de pijn en stress bij de dieren zo minimaal mogelijk te houden 3. Alle mogelijke alternatieve voor proefdieren zijn overwogen. College over H1 Autonome functies worden centraal gereguleerd in de hersenen. Dit wordt door neurowetenschappers bestudeerd. Neurowetenschap is belangrijk voor de gezondheidszorg. Er is nog weinig bekend over storingen van het zenuwstelstel (bv parkinson, alzheimer, dperessie, schizofrenie enz). H2 Neurons and glia Neuron: neemt veranderingen waar en communiceert daarover met andere neuronen; zorgt voor respons door het lichaam Glia: Supporten neuronen (glue = lijm) The neuron doctrine (blz 24 – 27) Histologie: Microscopische studie van weefselstructuur - Nissl stain: Kleurt de celkern + materiaal eromheen. (onderscheid tussen neuron en glia). Hiermee is de cytoarchitectuur (arrangering) van neuronen in verschillende delen van het brein te bestuderen. - Golgi stain: zilverchromaatoplossing: kleurt niet alleen soma maar het hele neuron. Neuron doctrine: Neuriten van neuronen communiceren door contact maar zitten niet aan elkaar (voldoet ook aan de celtheroie). The prototypical neuron (blz 28 – 44) Soma: Cellichaam van een neuron (ook wel perikaryon). Diameter ong 20 um. - cytosol is zout, rijk aan K+ - nucleus: 5 – 10 um, bevat een dubbel membraan (de nucleaire envelop) en chromosomen - Ruw ER: Ruw door ribosomen (25 nm, zichtbaar met Nissl stain “nissl bodies”). Eiwitten gevormd door ribosomen op ER zijn membraan eiwitten. ‘Losse’ eiwitten worden gevormd door ‘vrije’ ribosomen. - Glad ER: Staat soms in verbinding met ruw ER. De functie is het vouwen van eiwitten. Zij zorgen voor regulatie van ionconcentraties. (bijv. Ca2+) - Golgisysteem: Sorteert eiwitten voor bestemming (axon of dendriet). - Mitochondrien: Hier vindt de Kreb’s cyclus plaats (ATP synthese) Neuronaal membraan: 5 nm dik, bevat veel eiwitten (als pomp en regulatie). De positie van deze eiwitten verschilt bij soma, dendriet en axon. De functie van een neuron is niet te begrijpen zonder begrip van de structuur en functie van het membraan en de membraaneiwitten. Cytoskelet: Het interne skelet dat de neuron zijn unieke vorm geeft. Zorgen voor beweging van het neuron als dat nodig is (niet statisch!). Bevat: - microtubuli: 20 nm dik, loopt longitudinaal door neurieten heen. Holle, rechte pijp met dikke wand. Het is een polymeer van tubuline moleculen. MAP’s zorgen ervoor dat microtubuli aan elkaar en het neuron vastzitten. - microfilamenten: 5 nm dik. Bevindt zich vooral in neurieten. Polymeer van actine. Ze zijn sterk geassocieerd aan het membraan. Waarschijnlijk spelen ze een rol bij de celvorm. - neurofilamenten (vergelijkbaar met intermediaire filamenten in andere cellen): 10 nm dik. Mechanisch erg sterk; skelet van de cel. De axon: begint bij soma met axon hillock. Verschil met soma: - geen ruw Er, weinig vrije ribosomen, dus geen eiwitsynthese. - de eiwitcompositie van het membraan is ander; zorgt voor mogelijkheid om signalen over grote afstanden door te geven. Axonen kunnen meer dan een meter lang zijn. Vertakkingen heten axon collaterals. Hoe dikker de axon, hoe sneller impulsen worden doorgegeven. Het einde van de axon heet axon terminal (of terminal bouton). Dit uiteinde is een beetje opgezwollen. Aan het uiteinde, de synaps, komt de cel in contact met andere neuronen (innervatie). Het cytoplasma van een axon terminal is anders dan die vna een axon: - Er zijn geen microtubuli aanwezig - Het uiteinde bevat synaptic vesicles - De binnenkant van het membraan heeft veel eiwitten - Het bevat veel mitochondria, wat wijst op een grote behoefte aan energie. De synaps bestaat uit een presynaptisch en postsynaptische kant (signaal gaat altijd van pre naar post). De ruimte tussen pre- en postsynaptische membranen heet de synapsspleet. De overdracht van informatie van de synaps van het ene neuron naar de ander is synaptische transmissie. Meestal wordt in de synaps een elektrisch signaal omgezet in een chemisch signaal (neurotransmitter). Axoplasmic transport: Het transport van materiaal naar de axon. Het materiaal zit in vesikels die langs de microtubuli door de axon gaan, door het eiwit kinesine. Dit gaat alleen van de soma naar de terminal (anterograde transport). Het retrograde transport, terug naar de soma, gebeurt op dezelfde manier, door het eiwit dyneine. Dendrieten: Antenne van de neuron. Bevat veel synapsen met receptors voor neurotransmitters. Alle dendrieten van één neuron is een dendrietboom. Dendritic spines zijn speciale structuurtjes die op sommige dendrieten zitten. Waarschijnlijk isoleren ze verschillende chemische reacties die bij sommige typen van synaptische activiteit nodig zijn. Het cytoplasma lijkt erg op die van axonen. Er zijn echter wel polyribosomen aanwezig, vaak vlak onder spines. Classificatie van neuronen (blz 45-46) Neuronen zijn te classificeren op basis van: - Aantal neurieten (unipolar, bipolar of multipolar). - Vorm van dendrieten (stellate of pyramidal cellen bijvoorbeeld) - Verbindingen (sensorische-, motoroische- of interneuronen) - Axonlengte (Golgi type I voor lokaal, Golgi type II voor lange axonen. - Soort neurotransmitter (cholinerg of adrenerg) Glia (blz 46 – 48) Naast neuronen zijn er ook gliacellen: - astrocytes: Vullen extracellulaire ruimte; vermoedelijk invloed op groei van neurieten. Bevatten ook neurotransmitter receptoren. Ook regulatie van extracellulaire matrix (van bijvoorbeeld kalium). - Myelinating glia: Vormen myeline schede als bescherming van axonen. Ertussen openingen: Knop van Ranvier. o oligodendroglia komen alleen in het centraal zenuwstelsel voor en zitten om verschillende axonen heen. o Cellen van Schwann komen alleen in de periferie voor en omringen altijd maar één axon. Andere cellen in de hersenen zijn: - Ependymal cellen: in de ventrikels en spelen een rol bij neuronale ontwikkeling (celmigratie) - Microglia: functioneren als fagocyten; verwijderen dode neuronen en gliacellen. H5 Synaptic transmission (blz 102 – 122 en 129 – 130) Synaptische transmissie: overdracht van informatie via een synaps. - electrische synapsen: informatie wordt electrisch doorgegeven; common in hersenen - chemische synapsen: informatie wordt doorgegeven via neurotransmitters Typen van Synapsen (blz 103 – 111) Electrische synapsen: - overdracht via gap junctions. - afstand tussen membranen (3 nm) wordt overbrugd door connexins. - vrije overdracht van kleine ionen - Overdracht is bidirectional - In invertebraten als koppeling tussen sensorische en motorische routes om snel te ontsnappen - In vertebraten overal in CZS - Veroorzaakt postsynaptische potentiaal in tweede neuron. Chemische synapsen: - synaptische spleet: 20 – 50 nm, gevuld met extracellulaire eiwitten. - Presynaptische element: meestal axonaal, bevat synaptische vesicles (50 nm diameter). - Vesikels bevatten neurotransmitters - secretory granules zijn grotere vesikels (100 nm), bevatten eiwitten - Actieve zone: plaats van afgifte neurotransmitter. - postsynaptische density: bevat neurotransmitter recpetoren (zet extracellulair chemisch signaal om in intracellulair signaal). CNS synapsen: Typen: - Axodendritisch: De postsynaptische membraan is dendriet - Axosomatisch: Postsynaptische membraan is soma - Axoaxsonisch: Postsynaptisch membraan is axon - dendrodentritisch: zowel post- als presynaps is dendriet. - Gray’s type I: Postsynaptisch membraan is dikker dan presynaptisch+ meestal opwekkend - Gray´s type I: Beide membranen zijn even dik; meestal remmend Neuromuscular junction: Chemische synaps tussen axonen van motorneuronen en skeletspieren. Neuromusculaire synaptische transmissie is snel; een actiepotentiaal in de neuron veroorzaakt altijd een actiepotentiaal in de spier. Bijzonder: langste synapsen in het lichaam en presynaptische terminal heeft veel actieve zones. De motorendplaat (postsynaptisch membraan) bevat gezwollen blaasjes, zodat veel neurotransmitter wordt opgenomen. Principles of chemical synaptic transmission (blz 111 – 122 en 129 – 130) Neurotransmitters: drie typen: - aminozuren - amines - eiwitten Veel voorkomend in centraal zenuwstelsel: glutamaat, GABA en glycine. Synthese: Glutamaat en glycine zijn één van de twintig aminozuren die in heel het lichaam voorkomen. Andere amines, zoals GABA wordt alleen gemaakt in neuronen die ze gebruiken. Zij hebben specifieke enzymen om dit te bereiken. Synthese gebeurt vaak locaal in de axonuiteinde. Eiwitten worden gemaakt in het ruwe ER in het cellichaam en door axoplasmic transport naar de terminal getransporteerd. Release: Release wordt getriggerd door een actiepotentiaal waardoor calciumkanalen in de actieve zones open gaan. Ca2+ gaat de axon in waardoor neurotransmitter wordt afgegeven (exocytose: vesikel fuseert met membraan en geeft daardoor neurotransmitter af aan synapsspleet). Eiwitten worden door de granules ook afgegeven door calcium, maar niet bij de actieve zones en alleen bij meerder actiepotentialen achter elkaar. Binding aan receptoren: Neurotransmitters in de synaptische spleet binden aan receptoren van het postsynaptische membraan. Twee typen receptoren:” - Tranmitter-gate ion chanals zijn eiwitten die een porie door het membraan vormen. Zij gaan open als er een neurotransmitter aan bindt. Hierdoor ontstaat een actiepotentiaal (Excitatory postsynaptic potential (EPSP); actiepotentiaal in postsynaptisch membraan veroorzaakt door neurotransmitter uit presynaptisch die zorgen voor opening van Ca en Na kanalen; Inhibitory door opening van Cl kanalen). - G-eiwitgekoppelde receptoren: Ook voor langere signalen. Drie stappen: 1. Neurotransmitter bindt aan receptor eiwitten in postsynaptisch membraan 2. Receptor activeert kleine G-eiwitten, die langs de intracellulaire membraan transporteren 3. G-eiwitten activeren effectoreiwitten; dat kunnen enzymen zijn (second messenger) of ionkanalen. Modulatie: Soms activeren g-eiwitten niet een ionkanaal, maar bijvoorbeeld cAMP, dat een kinase is voor phosphorylatie die vervolgens een kanaal kan openen. Het kanaal gaat nu iets meer open. Autoreceptoren: Presynaptische receptoren die gevoelig zijn voor de neurotransmitter die ze zelf afgeven. Zo kunnen ze zichzelf reguleren zodat niet teveel neurotransmitter wordt afgegeven. Na interactie met postsynaptisch membraan moet de neurotransmitter uit de synapsspleet verdwijnen. Dit kan door diffusie, reuptake (waarna het wordt vernietigd door enzymen of weer opgenomen in vesikels) of afbraak in de synapsspleet (bijvoorbeeld AcCh). H 6 Neurotranmitter systemen (blz 134 – 163) Toevoeging –ergic duidt op synaps voor bijv adrenaline (=adrenergic) of het systeem. Het bestuderen van neurotransmittersystemen (blz 135 – 141) Een neurotransmitter: 1. wordt gesynthetiseerd en opgeslagen in de presynaptische neuron 2. wordt afgegeven door het presynaptisch axonuiteinde na stimulatie 3. produceert een respons in de postsynaptische cel Localisatie van transmitters en hun synthetiserende enzymen Immocytochemistry: Localiseren van een bepaald molecuul in een bepaalde cel. Het molecuul wordt in de bloedbaan gespoten en induceert een immuunreactie, waarbij antilichamen worden aangemaakt. Antilichamen worden gelabeld en in hersenen gespoten. Binden aan neurotransmitters en zo is te zien in welke cellen neurotransmitters aanwezig zijn. In situ hybridization: het mRNA van een bepaald eiwit wort gebonden aan een probe (hybridizatie). De probe wort gelabeld en door autoradiografie wordt bekeken in welke cellen de probe aanwezig is. Bestuderen van transmitter afgifte Soms is de afgifte van een axon te bepalen door de neuron te activeren en de vloeistof uit de synapsspleet te isoleren en te analyseren. In het centraal zenuwstelsel worden vaak meerdere systemen tegelijk geactiveerd. Door een stukje brein in vitro te stimuleren en alle chemische stoffen die afgegeven worden te analyseren, is er wel informatie te krijgen. Stimulatie gebeurd door te incuberen in K+ en dan Ca2+ toe te voegen. Hiermee weet je niet zeker of de transmitter inderdaad door de axonterminal wordt afgegeven. Microionophorese: Er wordt iets toegevoegd aan het neuron. Door een ionoplossing ontstaat er een potentiaal. Het verschil kan worden gemeten. Het bestuderen van receptoren Receptor subtype: alle receptoren waar een neurotransmitter aan kan binden. Neurofarmacologische analyse: Naam van receptor is vaak gebaseerd op de agonist (nicotine en muscarine; beiden receptoren voor Ach). Opiaat: Een pijnverminderende neurotransmitter. De receptor is te vinden door een ligandbinding methode, waarbij de optiaat wordt gelabeld. De ligand bindt aan de receptor, waardoor de receptor gedetecteerd kan worden. Moleculaire analyse: Door het bestuderen van de peptidestructuur wordt de werking van de receptor duidelijk. Neurotransmitter chemie (blz 141 tm 152) Dale’s principle: Een neuron heeft altijd maar één neurotransmitter. Dit is niet altijd waar; sommige neuronen hebben meerdere neurotransmitters. Dit zijn cotransmitters. Cholinerge neuronen: Ach is een neurotransmitter die vooral neuromusculair werkt. Het wordt aangemaakt door motorneuronen in het ruggemerg en hersenstam. AcetylCoA + choline (enzym CHAT) ACh Dit wordt afgebroken door acteylcholinesterase, waarna choline weer gerecycled wordt (via Na+ weer in neuron); De snelheid is afhankelijk van het cholinetransport door Na+. Catecholaminergic neurons (adrenerg): Dopamine, noradrenaline en adrenaline. Deze zijn in het zenuwstelsel betrokken bij beweging, stemming, aandacht en viscerale functies. Tyrosine (enzym TH) Dopamine (enzym DBH) noradrenaline (enzym RNMT) Adrenaline. TH is de beperkende factor voor catecholamineactiviteit. Bij Parkinsson degeneren de dopaminerge neuronen. De afbraak van deze neurotransmitters gebeurd niet snel via een enzym (afbraak ACh wel) maar ze worden verwijdert uit de synapsspleet door reuptake (via Na+ transporters. in axonen worden ze hergebruikt of afgebroken door MAO. Serotonerge neuronen: Serotonine (5HT). Betrokken bij stemming, gedrag en omotie en slaap. Tryptofaan (enxym trypt hydroxylase) 5HTP (decarboxylase) 5HT. (tryptofaan zit o.a. in graan en vlees). Om depressie tegen te gaan worden reuptakeblokkers gebruikt die de heropname van serotonine remmen. Aminoacidergic neurons: - Glutamaat, Glycine en GABA - Glutamaat en glycine worden gemaakt uit glucose (komen overal voor, maar concentratie verschilt) - GABA ontstaat uit glutamaat (enzym: GAD). GABA is stimulerend, glutamaat is remmend. - Reuptake van deze neurotransmitters vindt plaats door Na+. Andere neurotransmitters: - ATP: De afgifte hiervan is afhankelijk van Ca2+. Vaak werkt het als cotransmitter; bindt aan purinerge receptoren. - Endocannabinoïde: • Kleine vetmoleculen • Retrograad (van post naar pre): Ca2+ komt in postsynaps en veroorzaakt daar synthese van endocanabinoide. • Zit niet opgeslagen in vesikels, maar wordt op aanvraag aangemaakt • Zijn membraanpermeabel • Bindt aan CB1 receptor op presynaptischmembraan (G gekoppeld) en remt daar de opening van Cxa2+ kanalen en dus de afgifte van neurotramitters. - NO: gasvormig. Reguleert de bloedbaan. Is erg diffuus en wordt snel afgebroken. Veel neurotransmitters hebben ook niet-neurale functies. Transmitter gated channals (blz 152 tm 157) Basisstructuur: Nicotine ACh receptor: 5 subunits vormen samen een porie. Subunits α (2x, β, γ, δ. Als ACh aan a bindt gaat het kanaal open. De meeste receptoren zijn pentameer. Glutamaatreceptoren zijn tetrameer. Aminozuurkanalen: Eigenschappen die de functie beïnvloeden: - De famcologie van de bindingsplaats beschrijft welke transmitters hen beïnvloeden. - De kinetiek van het bindingsproces en het kanaal bepaalt de effectduur - De selectiviteit van de kanalen bepaalt of Ca2+ erdoor kan en dus of het stimuleert of remt - De doorstroom bepaalt de sterkte van het effect. Glutamaatkanalen hebben receptoren AMPA, NMDA en kainate. AMPA is permeabel voor Na+ en K+, niet voor Ca2+; veroorzaakt depolarisatie. NMDA is permeabel voor Ca2+ maar wordt dichtgehouden door Mg2+. Het kanaal gaat open door depolarisatie (dus na opening van AMPA). GABA en Glycine kanalen zijn Cl- kanalen. De bouw lijkt op ACh kanalen. Benzodiazepines en barbituraat en ethanol versterken het effect van GABA (nog meer remming!) G protein-coupled receptors en effectors (blz 157 tm 163) Deze receptoren werken via GTP. Basisstructuur: Vaak porie van 7 eiwitten met 2 bindingsplaatsen voor transmitters. Werking: - elk GTP eiwit heeft 3 subunits, α, β, γ. - In rust zit GDP aan Gα en G-eiwit zweeft door membraan - G-eiwit botst tegen receptor met transmitter; GDP gaat los en GTP uit cytosol bindt aan Gα. - Gα + GTP splitst van Gβγ. - Beiden beïnvloeden effector eiwitten - Gα breekt GTP weer af tot GDP, waarna de subunits weer bij elkaar komen. Sommige G-eiwitten stimuleren een proces, anderen remmen datzelfde proces. Effector systemen (korte weg): Gβγ stimuleert een ion kanaal (ACh en GABA); dit is het snelste eiwitsysteem Second messenger: G-eiwit stimuleert een enzym waardoor een secondmessengercascade ontstaat. Transmitter activeert receptor activeert G-eiwit stimuleert adenylcyclase om ATP om te zetten in cAMP activeert PKA fosforyleert kaliumkanalen. Een neurotransmitter activeert meerdere kanalen. H 13 Spinal control of movement Het somatisch motorsysteem (blz 424 tm 426) • Gladde spieren: Aangestuurd door autonoom zenuwstelsel. Zorgt voor peristaltiek in darmen en regulatie van bloeddruk • Gestreepte spieren: o Hartpieren: ritmische samentrekking zonder innervatie. Het autonome zenuwstelsel innerveert het hart om de hartslag te versnellen of vertragen. o Skeletspieren: Beweging van ledematen, oogbeweging, ademhaling, gezichtsexpressie en spraak Elke skeletspier is omgeven door bindweefsel. In een spier zitten honderden spiervezels, die elk door een axon met CZS wordt verbonden. Skeletspieren en hun neuronen heten samen het somatisch motorsysteem. Onderscheid in: • Axiale spieren: Verantwoordelijk voor beweging van de romp (houding) • Proximale spieren (girdle): beweging van schouder, ellebogen en knieën (beweging) • Distale spieren: handen, voeten, vingers en tenen (manipulatie van dingen) The lower motor neuron (blz 426 tm 430) Lower motor neuronen: bevinden zich in de ventrale horn van het ruggemerg en innerveren de somatische spieren. De axonen vormen samen de ventral roots, die samen met een dorsal root een ruggemergzenuw vormen. Twee categoriën (alpha en gamma motorneuronen): Alpha motor neuronen: zorgen voor generatie van kracht door spieren (samen met de spiervezels vormen ze motor unit; alle motorneuronen die samen een spier innerveren zijn een motorneuron pool). De sterkte van spiercontractie wordt goed gereguleerd door het zenuwstelsel op verschillende manieren: 1. Aanpassing van de vuurfrequentie; een alpha motor neuron laat ACh vrij in de synaps tussen de zenuw en de spier. Dit zorgt voor een EPSP (excitory postsynaptic potential), waardoor de spier samentrekt. 2. De hoeveelheid spiervezels die een motorneuron aanstuurt. Excitation-contraction coupling (blz 432 tm 437) Spiercontractie: ACh in synapsspleet bindt aan nicotine receptoren. Na+ kanalen openen, EPSP zorgt voor actiepotentiaal in spiervezel. Ca2+ wordt afgegeven door organel in spiervezel, wat leidt tot contractie. Spiervezelstructuur: Ontstaat uit mesoderm door fusie van precursorcellen (myoblasts), daardoor meerdere celkernen. Cel omgeven door sarcolemma (membraan). In de cel mytofibrils, die samentrekken bij actiepotentiaal in sarcolemma. Omgeven door Sarcoplasmatisch reticulum, dat Ca2+ bevat. Om de SR zit een T-tubulus. Moleculaire basis van vezelstructuur: Een myofibril wordt gescheiden in twee segmenten door Z lines. Een myofibrilsegment tussen twee Z lines heet een sarcomeer. Aan de Z lies zitten dunne filamenten, die niet met elkaar in contact komen. De dunnen filmaneten schuiven langs de dikke, waarbij de Z lines nar elkaar toekomen. Dit is de contractie. Dit ontstaat door een interactie tussen myosine (op dik filament) en actine (op dun filament). In rust kunnen myosine en actine geen interactie aangaan door troponine op actine. Als Ca2+ bindt aan troponine en ATP hieraan binden. Samenvatting: Excitation 1. Actiepotentiaal in alpha motor neuron axon 2. ACh afgifte door de axonterminal van dit alpha motor neuron in de neuromusculaire ruimte. 3. De nicotinereceptorkanalen in de sarcolemma gaan open en het postsynaptisch sarcolemma depolariseert (EPSP) 4. Voltage-gated natriumkanalen gaan open, waardoor een actiepotentiaal in de spiervezels ontstaat die via het sarcolemma door de T tubuli gaat. 5. Depolarisatie van de T tubulus veroorzaakt afgifte van Ca2+ uit het SR. Contraction 1. Ca2+ bindt aan troponine 2. Myosine bindingplaatsen op actine komen vrij 3. Myosinehoofd bindt aan actine 4. Myosine loopt langs actine 5. Myosine hoofd gaat weer los door ATP 6. De cyclus gqaat door zolang Ca2+ en ATP aanwezig zijn. Relaxation 1. Als de EPSP eindigt en de sarcolemma en T tubuli weer terug gaan naar hun rustpotentiaal 2. Ca2+ is opgenomen door SR door een ATP gedreven pomp 3. Myosinebindingsplaatsen voor actine zijn bedekt door troponine. Bij dode mensen ontspannen spieren niet meer doordat er geen ATP meer beschikbaar is. Spinal control of motor units (blz 437 tm 449) Proprioceptor: Een axon binnen in skeletspier in de musle spindles (stretch receptor) die zijn eigen lengte registreert (via Ia activiteit). Myotatische reflex: (ook stretch reflex): Als een spier uitgerekt is (waargenomen door propriorecptor) trekt hij automatisch weer samen. In de muscle spindles zitten intrafusal fibers (erbuiten intrafuseal, met alpha motor neuronen) met gamma motor neuronen. Zij zorgen dat de spieren weer terug gaan naar hun setpoint. (als tegenhanger van alpha motor neuronen). Golgi tendon organen controleren de kracht van de contractie (via Ib activiteit). Dit werkt vaak door remming van de alpha motor neuronen. Interneuronen krijgen signalen van sensorische axonen, axonen uit de hersenen en uit lagere motor neuron axonen. Zij zorgen voor gecoördineerde bewegingen in reactie op input. Dat gebeurt zowel door inhibitory input als door excitatory input. - Reciprocal inhibition: De ene spier contraheert, de andere moet nu wel uitstrekken (bijv in armen en benen). H 15 Chemical control of the brain and behavior (blz 842 – 507 The secretory hypothalamus (blz 484 tm 490) Plaats van de hypothalamus: Onder de thalamus, langs de wand van het derde ventrikel. Met een steeltje verbvonden aan de hypofyse. Thalamus: Ligt in het punt naar punt pad dat uitkomt in de neocortex. Betrokken bij beweging en gevoel. Hyphothalamus: Integreert somatische en viscerale respons in overeenstemming met behoeften van het brein. De hypothalamus is verantwoordelijk voor de homeostase (regulatie van hartslag, lichaamstemperatuur, bloeddruk, PH,zuurstof, glucose enz). Periventriculaire zone is een van de zones in de hypothalamus. Ligt tegen het derde ventrikel aan. Hierin zitten onder andere cellen die de suprachiasmatische nucleus vormen (SCN), net boven het optisch chiasme; verantwoordelijk voor innervatie van de retina en dag-nacht ritme. Ook controle van AZS en regulatie van parasympathische en sympathische innervatie van viscerale organen. . Ook neuyrosecretory neurons, die naar de hypofyse gaan. De hypofyse Twee delen: Posterior en anterior Posterior Neurohormoon: Hormoon dat door een neuron wordt afgegeven aan het bloed. Magnocellular neurosecretory cells (in hypothalamus): Geven oxytocine en vasopressine af aan het bloed (neurohormonen). Oxytocine: Zorgt voor contractie van uturus tijdens geboorte en melkafgifte bij zogen (getriggerd via thalamus, cortex en hypothalamus). Zorgt voor contractie van uturus tijdens geboorte en melkafgifte bij zogen (getriggerd via thalamus, cortex en hypothalamus). Vasopressine (ADH): regulatie van bloedvolume en zoutconcentratie (dorst: lager bloedvolume, meer zout in bloed). Veranderingen in waterhuishouding worden waargenomen in zoutconcentratiegevoelige cellen in de hypothalamus en drukreceptoren in cardiovasculair systeem. Dit wordt gecommuniceerd met de nieren, die renine afgeven aan het bloed. De lever maakt hierop angiotensine I uit waar angiotensine II uit wordt gemaakt die de aderen, nieren en de hersenen beïnvloeden. Anterior De anterior lob is geen onderdeel van de hersenen maar een klier, die door hormonen andere klieren in het lichaam beïnvloedt (het endocriene systeem). Deze ‘masterklier’ wordt weer beïnvloed door de parvocellulaire neuroscretiecellen in de hypothalamus. Zij geven hypophysiotropic hormones af aan bloedvezels naar de hypofyse. Dit wordt samen de hypothalamopituitary portal circulation genoemd. De hypofyse geeft hormonen af die op hun beurt klieren weer stimuleren tot hormoonafgifte. Het autonome zenuwstelsel (blz 490 tm 497) Autonoom zenuwstelsel: Onderverdeeld in sympathisch en parasympathisch. Reguleert autonome functies onafhankeiljk van de wil. In vergelijking met somatisch motorsysteem is de regulatie langzaam, maar langduriger en op grotere schaal. Wordt ook gereguleerd door de hypothalamus. Verschil tussen somatische motor en autonoom zenuwstelsel: De cellichamen van de somatische motor liggen allemaal in het CZS. Die van het AZS liggen in autonome ganglia buiten het CZS. Zij worden aangestuurd door preganglionaire neuronen (disynaptic pathway). De preganglionaire neuronen van het sympathische deel komen uit het midden van het ruggemerg, die van het parasympathische deel uit de hersenstam en het onderste deel van het ruggemerg. Hun ganglia zitten in hun doelorganen en zij zijn dus langer dan de zenuwen uit het parasympatische deel. De ANS innerveert: - klieren (zout, zweet, tranen enz) - hart en bloedvaten (controle van bloeddruk) - bronchiën v.d. longen (zuurstofbehoeften) de ANS reguleert: - De darmen en metabolische functies van de lever en pancreas - De functie van de nieren, blaas, dunne darm - Seksuele responsen van geslachtsorganen. - Interactie met immuunsysteem Erectie: Penis vult met bloed door parasympaticus. Orgasme wordt getriggerd door parasympathicus. De parasympaticus zorgt dus voor erectie, terwijl de sympaticus het afmaakt door klaar komen. (Impotentie komt dus voor bij overstress; teveel sympaticus zonder parasympaticus). Enterisch deel: neuraal systeem in de wand van slokdarm, maag, darmen, alvleesklier en galblaas. bevat myenteric plexi (sensorische neuronen) en submucous plexi (autonome motorneuronen). Betrokken bij het verteringssysteem. Het is een redelijk zelfstandig systeem maar wordt via het sympatisch en parasympatische deel soms aagnestuurd. Deze systemen worden allemaal aangestuurd via de hypothalamus. Ook zijn de verbindingen tussen de periventrikulaire zone en de hersenstam en ruggemerg belangrijk bij autome controle. Neurotransmitters in autonoom zenuwstelsel preganglionair ACh is de belangrijkste. (sympatisch) Bindt aan nicotinereceptoren, die een EPSP veroorzaken. (in skeletspieren zit het ook; motorsysteem, niet AZS). Bindt ook aan muscarinereceptoren, waardoor zowel EPSP als IPSP kan ontstaan. NPY en VIP: neuroactieve receptoren diew ook door preganglion wordt afgegeven (modulatie). Postganglionair Noradrenaline: verspreid via bloed; heeft wijd effect ACh: locaal effect Sympatische medicijnen: ondersteunen noradrenalineactiviteit of remmen muscarineactiviteit van ACh. (bv. atropine) Parasympatische medicijnen: ondersteunen muscarine of remmen Noradrenaline. (bijv propranolol). Adrenalinekomt uit de medulla. Gemaakt uit noradrenaline en heeft hetzelfde effect als sympathische zenuwstelsel. Geeft dus een sympatische kick in het hele lichaam. The diffuse modulatory systems of the brain (blz 498 tm 507) Overeenkomst tussen verschillende duffuse modulatory systems: - De kern van elk systeem heeft een klein aantal neuronen (een paar duizend) - De neuronen komen uit het centrum van het brein, meestal de hersenstam - Elk neuron kan veel anderen beïnvloeden, omdat elk axon met meer dan 100 000 postsynaptische neuronen contact heeft. - De synapsen geven neurotransmitters af aan de extracellulaire vloeistof, zodat het naar veel neuronen kan. Locus coeruleus (noradrenerg): Neuronen in de pons. (12000 neuronen, twee per brein). Deze neuronen innerveren elk deel van het brein. (cerebrale cortex, thalamus, hypothalamus, bulbus olfactorus, cerebellum, middenbrein en ruggemerg). BETROKKEN bij regulatie van attentie, slaap-waakritme, leren en geheugen, angst en pijn, stemming en breinmetabolisme. De noradrenerge neuronen worden geactgiveerd door nieuwe, onverwachte, niet pijnlijke stimuli in de omgeving (minst actief bij rustig eten). Voornaamste functie waarschijnlijk hret stimuleren van brein responsiveness, waarbij de motorsystemen efficiënter worden gemaakt. Raphe nuclei (serotonerg): Negen nuclei die bij elkaar liggen aan elke zijde van de middenlijn van de hersenstam. De caudale innerveren het ruggemerg, de rostrale innerveren de rest van het brein net zo diffuus als de noradrenerge nuclei. Betrokken bij het activeringssysteem van de hersenen. Controle van slaap-waak ritme en betrokken bij verschillende slaapfasen. Ook betrokken bij regulatie van stemming en emoties. Substantia nigra en Ventral Tegmental Area (dopaminerg): Vanuit substantia nigra gaan axonen naar striatum, waar de initiatie van activiteiten o.i.v. wil wordt vergemakkelijkt. (bij degeneratie: Parkinsson). Vanuit ventraal tegmentaal gebied innervatie van frontale cortes en deel van het limbisch systeem (telencephalon). De cholinerge basale voorbrein en hersenstamcomplex: Cholinerg modulatory systeem in basale voorhersenen: Innervatie van hippocampus (medial septal nuclei) en neocortex (basale nuclei of Meynert). Functie is niet precies bekend; gaan eerste dood bij alzheimer. Ook betrokken bij slaap-waakritme en leren en geheugen. Pontomesencephalotegmetal complex: In pons en midbrain. Werkt vooral op de dorsale thalamus (samen met noradrenerge en serotonerge systemen) door regul,atie van de snsory’se nuclei. Drugs en diffuse modulatory systems: Hallucinogenen: Veroorzaken hallucinaties. Bijv paddo’s en LSD (droomwereld, gevoelig voor sensorische stimuli, mixen van perceptie (plaatjes veroorzaken geluid of geur). De chemische structuur lijkt op serotonine. LSD is agonist op serotonine receptoren op presynaptisch uiteinde in raphe nuclei. Dit remt de afgifte van serotonine (verminderde activiteit raphe nuclei). Dit is niet het enige effect van LSD; ook zonder raphe nuclei heeft LSD effect. Stimulants: (cocaïne en amphetamine). Werken op synapsen van noradrenerge en dopaminerge systemen. Geven gevoel van zelfvertrouwen, allertheid, euforie en minder honger. Ze werken op sympathische deel van de periferie. Ze blokkeren de reuptake van catecholaminen. Ook stimuleren ze de afgifte van dopamine. H 17 Sex and the brain (blz 534 – 540; 544 tm 547 (647 tm 649 alleen lezen)) Reproductieorganen vallen niet onder het zenuwstelsel, maar worden geactiveerd door de hormonen die de hypofyse afgeeft. Deze hormonen stimuleren afgifte van hormonen in ovaria en testes. Deze sekshormonen beinvloeden het lichaam én de hersenen. Sex and gender (blz 534 tm 537) Individu wordt man o.i.v. SRY gen; anders wordt het een vrouw. SRY zorgt voor de vorming van de testes. The hormonal control of sex (blz 537 tm 540) De hypofyse reguleert de hormoonafgifte in de ovaria en testes. Deze hormonen zijn crusiaal voor de ontwikkeling en functie van het voortplantingssysteem en seksueel gedrag. Het zijn steroide hormonen. Androgenen: Mannelijke hormonen (komen in mindere mate ook bij vrouwen voor) Oestrogenen: Vrouwelijke hormonen (komen in mindere mate ook bij mannen voor). Door hun structuur kunnen deze hormonen door celmembranen heen en binden aan receptoren in het cytoplasma (oxytocine en vasopressine zijn eiwittten; kunnen dat dus niet). Verschillen in concentratie van receptoren leiden tot verschillen in effect in het brein. De stijging van testosteron bij mannen gaat altijd gepaard met uitdaging, boosheid en conflict. De hypofyse geeft LH en FSH af (gonadotropines) onder invloed van GnRH uit de hypothalamus. Neurale invloed uit de retina naar de hypothalamus veroorzaakt verandering in de afgifte van GnRH. Bij mannen ontstaat uit LH testosteron. FSH is betrokken bij de vorming van spermacellen in de testes. Bij vrouwen veroorzaaken LH en FSH secretie van oestrogeen uit de overia. The neurochemistry of reproductive behavoir (blz 544 tm 546) Onderzoek naar monogamie op woelmuizen: De prairiewoelmuis is monogaam, heel sociaal en mannetje en vrouwtje leven samen in één nest. De weidewoelmuis is juist heel asociaal. Uit onderzoek blijken de oxytocine en vasopressine receptoren in weidemuizen en prairiewoelmuizen heel erg te verschillen. Alleen tijden het zogen van het weidevrouwtje lijken haar receptoren op die van de prairiemuis. Ook zijn vasopressine en oxytocine betrokken bij parentinggedrag. Misschien verantwoordelijk voor romantiek????? Why and how male and female brains differ (blz 546 tm 549) (alleen lezen) Sexual dimorphism: verschil in mannetjes en vrouwtjes. H 20 Language (blz 620 tm 625; 633 tm 637 (alleen lezen)) Broca’s area en wernicke’s area (blz 620) Leasie in de frontale kwab leidt tot spraakproblemen (vooral links). Broca’s area: Gebied in de linker frontale kwab die dominant is voor spraak. Wernicke’s area: een gebied in linker frontale kwab die ook betrokken is bij spraak. Types of aphasia (blz 621 tm 625) Broca’s aphasia: Moeite met spraak, niet met horen en lezen. Begrip is wel goed, als het niet te moeilijke zinnen zijn. Praten gaat in telegramstijl. Wernicke’s aphasia: Spraak is goed maar begrip slecht.
© Copyright 2024 ExpyDoc
