Obecná neurofyziologie
Axonální transport
Transdukce nervového signálu na buněčné úrovni
Typologie nervových vláken
Regenerace nervové tkáně
Olga Vajnerová, Ústav fyziologie 2. LF UK v Praze
Axonální transport
(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),
Axonální transport
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.
Transdukce nervového signálu na buněčné úrovni
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
K+
A-
++
+
+
+
-
-
-Na+
Cl-
K+
Transdukce nervového signálu na buněčné úrovni
Axonální část –akční potenciál, šíření bez dekrementu, zákon
vše nebo nic
Axon – šíření signálu bez dekrementu
Práh
Zákon vše nebo nic
Vodivost membrány
pro Na+ a pro K+
Akční potenciál
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
Transdukce nervového signálu na buněčné úrovni
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
RMP
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)
Dotek
Bolest
svalové vřeténko
Chuť
Bolest
čich
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
