Obecná neurofyziologie

transcript

Axonální transport

Transdukce nervového signálu na buněčné úrovni

Typologie nervových vláken

Regenerace nervové tkáně

Olga Vajnerová, Ústav fyziologie 2. LF UK v Praze

(axoplasmatický, axonový transport)

Anterográdní

Proteosyntéza v buněčném těle (ER, Golgiho komplex)

RetrográdníPřenos chemických signálů z periferie

Anterográdní transport rychlý (100 - 400 mm/d)MAP kinesin/mikrotubuly neurotransmitery ve vezikulách a mitochondrie pomalý (0,5 – 10 mm/d)mechanismus neznámýkomponenty cytoskeletu (aktin, myosin, tubulin), metabolické komponenty

Retrográdní transport rychlý (50 - 250 mm/d) MAP dynein/ mikrotubuly staré mitochondrie, vezikuly (pinocytóza, receptorem zprostředkovaná endocytóza, transport např. růst. faktorů),

v patogenezi nemocí

Vzteklina

replikace viru - ve svalových buňkám

- v nervových buňkách (retrográdní transport)

- CNS behavior projevy a anterográdní transport

- v buňkách slinných žláz

Tetanus (Clostridium tetani)

toxin je transportován retrográdně

vyloučen z těla nervové buňky

vychytáván zakončeními okolních buněk

Axonální transport ve výzkumu NS

Zkoumání nervových zapojení

Anterográdní transportRadioaktivně značené AK (inkorporace do proteinů, transport, detekce autoradiograficky)Injekce do oblasti těla neuronu, identifikuje se distribuce axonůRetrográdní transportKřenová peroxidáza proniká do axonálních zakončení, transportuje se do těla neuronu, je možno ji vizualizovat.Injekce do oblasti axonálního zakončení neuronu, identifikuje se tělo neuronu.

Axonální část –akční potenciál, šíření bez dekrementu, zákon

vše nebo nic

Somatodendritická část – pasivní propagace signálu, s dekrementem

Klidový membránový potenciál

Každá živá buňka

v organismu

Membránový potenciál není potenciál.

Je to rozdíl dvou potenciálů, tedy je to z fyzikálního hlediska

napětí na membráně.

Klidový membránový potenciál

• K+ uniká z buňky po koncentračním gradientu• A- nemohou uniknout z buňky

Na vnější straně membrány je více kladných nábojů

Na vnitřní více záporných

Vzniká elektrický gradient

Axonální část –akční potenciál, šíření bez dekrementu, zákon

vše nebo nic

Axon – šíření signálu bez dekrementu

Zákon vše nebo nic

Vodivost membrány

pro Na+ a pro K+

Akční potenciál

Propagace akčního potenciálu po axonu

Dendrit a soma – šíření signálu s dekrementem

Přenos signálu: dendrit – iniciální segment

Vznik akčního potenciálu

elektrický stimulus

senzorický vstup

neurotransmiter na synapsi

Axonální částAP – Ca2+ kanály – vylití neurotransmiteru

Somatodendritická část

Receptory na postsynaptické membráně

• Excitační – otevření kanálu pro Na+, Ca2+

– depolarizace membrány

• Inhibiční - otevření kanálu pro K+, Cl-

– hyperpolarizace membrány

• EPSP – excitační postsynaptický potenciál

• IPSP – inhibiční postsynaptický potenciál

Excitační a inhibiční postsynaptický potenciál

Inerakce synapsí

Sumace prostorová a časová

Prostorová sumace

Časová sumace

Presynaptický AP

Postsynaptický EPSP Čas Čas

Potenciálové změny v oblasti iniciálního

segmentu

• Interakce všech synapsí• • Prostorová sumace – proudy

z mnoha vstupů se sčítají• • Časová sumace – jestliže AP

přichází v kratším intervalu, než je trvání EPSP

Iniciální segment

EPSPIPSP

Initial segment AP Ca2+ influx

Neurotransmitter

Neurotransmitter releasing

Modulace signálu

aktivitou jednotlivé

buňky

Discharge configurations

(Pálící vzorce různých buněk)

EPSPIPSP

Modulace signálu aktivitou jednotlivé

buňky

1. AP, napětím ovládané Na+ kanály na těle buňky v oblasti iniciálního segmentu

2. ADP, after depolarization (následná depolarizace), vysokoprahové Ca2+ kanály na dendritech, aktivované AP

3. AHP, after-hyperpolarization, Ca2+ ovládané K+ kanály

4. Rebound depolarizace nízkokoprahové Ca2+ kanály, deinaktivované během AHP, aktivované, když se hyperpolarizce zmenší, pravděpodobná lokalizace na těle neuronu

Threshold

Hammond, C.:Cellular and Molecular Neurobiology. Academic Press, San Diego

2001: str. 407.

Vznik akčního potenciálu

elektrický stimulus

senzorický vstup

neurotransmiter na synapsi

Senzorický vstup

Senzorická transdukce – konverze stimulu z vnějšího nebo vnitřního prostředí na elektrický signál

Signály: zvukové vlny (sluch), chuť, foton (zrak), dotek, bolest, čich, svalové vřeténko

Fototransdukce Chemotransdukce Mechanotransdukce

Senzorický vstup

Senzorická transdukce – konverze stimulu z vnějšího nebo vnitřního prostředí na elektrický signál

Fototransdukce Chemotransdukce Mechanotransdukce

zvukové vlny (sluch)

Bolest

svalové vřeténko

Bolest

foton (zrak)

Osmoreceptory, termoreceptory

Typologie nervových vláken

Myelinizace

Lokální proudy musí urazit větší vzdálenost než dosáhnou přístupu k axoplasmě v místě dalšího Ranvierova zářezu (saltatorní vedení)

Způsob, jak zlepšit vedení v axonu je jeho myelinizace

Složený akční potenciálZáznam AP na periferním nervu

Jestliže mají všechna vlákna jednotnou rychlost vedení

Jestliže mají jednotlivá vlákna různou rychlost vedení

Smíšený nerv se všemi typy vláken

Klasifikace nervových vláken podle Erlangera - Gassera

Klasifikace nervových vláken podle Lloyda

Dva odlišné systémy klasifikace nervových vláken

Myelinizace axonu v periferním NSSchwannova buňka

Degenerace a regenerace axonu

Myelinizace axonu v periferním NS

Basal lamina

Poškození axonu v PNS

• Komprese, rozdrcení, přetětí – degenerace distální části (walleriánská degenerace, odstranění makrofágy)

• Zůstávají Schwannovy buňky a bazální lamina (Büngnerův proužek)

• Proximální pahýl dorůstá (axonal sprouting) • Prognosis quo ad functionem• Komprese, rozdrcení – dobrá, nalezení správného cíle na

periferii

• Přetětí – horší, regenerace méně pravděpodobná

Myelinizace axonu v centrálním NS

Poškození axonu v CNS

• Oligodendrocyty netvoří Büngnerův proužek

• Regenerace není možná

Poškození axonu v PNS při amputaci

• Proximální pahýl vrůstá do pojivové tkáně (není navazující Schwannova buňka)

• Slepý konec tvoří neurom – fantómová bolest

Obecná neurofyziologie

Documents