Idegszövet, szinapszisok és neurotranszmitterek

Tartalom

Az idegszövet neuronokból áll, amelyek elektromos jelek formájában információt továbbító gerjesztő sejtek, és gliasejtekből (pl. oligodendrociták, Schwann-sejtek, asztrociták, mikroglia sejtek), amelyek számos nem jelátviteli funkciót látnak el, mint például a neuronok közötti támasztó funkciókat és a szigetelést biztosító mielin képzése, a sejttörmelékek fagocitózisa és eltávolítása, a felesleges neurotranszmitterek eltávolítása és a vér-agy gát kialakítása. Az oligodendrociták a központi idegrendszer neuronjait, míg a Schwann-sejtek a perifériás idegrendszer neuronjait mielinizálják. A mielinhüvelyek növelik a szignálok vezetési sebességét az axonokon keresztül. A szklerózis multiplex (KIR) és a Guillain-Barre-szindróma (PIR) hátterében a gyulladás és a mielinhüvely elvesztése áll. A neuronok dendritekből, sejttestekből, axonokból és axonvégződésekből állnak. Vezetési sebességük, átmérőjük és mielinizációjuk alapján az idegrostokat (axonokat) gyors vezetési sebességű vastag, mielinizált rostokra (A csoport); lassú vezetési sebességű vékony, mielinizált rostokra (B csoport); és lassú vezetési sebességű vékony, nem mielinizált rostokra (C csoport) osztjuk. Az idegsejtek akciós potenciálok átvitelével kommunikálnak a közöttük lévő, szinapszisnak nevezett összeköttetéseken keresztül. A szinaptikus átvitel lehet kémiai vagy elektromos. A kémiai szinaptikus átvitel a szignáloknak a neurotranszmitterek (pl. acetilkolin, dopamin, noradrenalin) felszabadulásával történő átvitele a preszinaptikus terminálisokból a posztszinaptikus receptorokba. Az elektromos szinaptikus transzmisszió az elektromos jelek átvitele réskapcsolatokon keresztül. A neurotranszmitterek szintjének változásait különböző neurológiai betegségekben figyelték meg, többek között a Parkinson-kórban (csökkent dopamin szint), a skizofréniában (megnövekedett dopamin szint), a depresszióban (csökkent dopamin, noradrenalin és szerotonin) és az Alzheimer-kórban (csökkent acetilkolin szint).

A neuronok és gliasejtek szövettana

Az idegszövet

Áttekintés

Neuronok

1. ábra: Neuron típusok
1: Apoláris neuron, 2: Unipoláris neuron (amacrin-sejt), 3. Bipoláris neuron, 4: Pszeudounipoláris neuron, 5: Purkinje-sejt, 6: Deiters-féle motoneuron, 7: Piramissejt

Támogató glia sejtek

1. táblázat: Az idegszövet sejtjei.
Struktúra Prekurzor Karakterisztika
Asztrociták
  • Radiális glia a neuroepitéliumból (a neuroektodermából),
  • A gliasejtek leggyakoribb típusa,
  • Nagyszámú projekcióval rendelkeznek,
  • Fizikai támasz ("állványzat" a központi idegrendszerben),
  • Extracelluláris káliumpuffert biztosítanak,
  • Eltávolítja a felesleges neurotranszmittereket,
  • Glikogén tartalék,
  • Intermedier filamentumok kötegeit tartalmazza,
    • Gliafibrilláris savas fehérjéből (GFAP; asztrocita-marker),
  • A vér-agy gát részét képezik,
    • Kialakítják a gliát határoló membránt,
  • A központi idegrendszer sérülése esetén proliferálódnak és hipertrófiássá válnak,
    • Részt vesz az idegszövet javításában,
    • Asztrogliális heg képződik (reaktív gliózis),
Mikroglia
  • Csontvelő monociták (mezoderma),
  • A gliasejtek legkisebb típusa,
  • Nissl-festéssel rosszul azonosítható,
  • Fagocita sejtek,
    • Aktiválódik a központi idegrendszer szöveti károsodására válaszul,
    • Elszaporodnak és a sérült központi idegrendszerbe vándorolnak, hogy eltávolítsák a sejttörmeléket,
    • Gyulladásos mediátorok és jelzőmolekulák (pl. nitrogén-oxid és glutamát) felszabadítása,
  • A HIV-1 vírus célsejtjei: A fertőzött sejtek többmagvú óriássejtekké olvadnak össze, amelyek a HIV-encephalitis és a HIV-asszociált demencia legspécifikusabb szövettani markere,
Ependimális sejtek (ependimociták) és choroidális epitélsejtek
  • Neuroepitélium (neuroektodermából),
  • Egyszerű oszlopos gliasejtek,
  • A gerincvelő kamráit és központi csatornáját bélelő hámot alkotják,
  • Apikális felszín,
    • A csillók keringtetik a liquórt,
    • A mikrovillusok növelik a liquor felszívódási képességét,
  • A plexus chorioideus néven ismert módosult ependimális sejtek termelik az agy-gerincvelői folyadékot,
Taniciták
  • Radiális glia a neuroepitéliumból (a neuroektodermából),
  • A vérerekkel érintkező ependimális sejtek egy típusa,
  • A vér és a kamrák közötti anyagszállítás,
Oligodendrociták
  • Neuroepitélium (neuroektodermából),
  • Mielinizálja az axonokat a központi idegrendszerben, beleértve a n. II-t is,
  • A fő gliasejt az agyi fehérállományban,
  • Egy sejt minden egyes projekciója több axont is mielinizálhat (átlagosan 30, de akár 60 is lehet),
  • A szövettanban "tükörtojás" megjelenésű: Kiemelkedő sejtmag és világos, halvány citoplazma,
  • A nem mielinizált axonokat nem fedi oligodendrocita citoplazma,
Schwann-sejtek
  • Velősánc
  • A PIR axonjainak mielinátuma, beleértve a n. III-XII-t is,
  • Minden sejt egyetlen axon egyetlen internodális szegmensét mielinizálja,
  • Elősegíti az idegsérülést követő gyógyulást,
  • A nem mielinizált axonokat Schwann-sejtek citoplazmája borítja,
  • Sérülés után képesek a törmelék fagocitálására,
  • Marker: S100.

Mielin

Neuronális károsodás

A perifériás idegek rétegei

Az idegrostok típusai

2. táblázat: Az idegrostok típusai.
Idegrostok Mielinizáció Impulzus kondukció (m/s) Méret Afferensek Efferensek
A Aα (Ia, Ib)
  • Van,
  • 100
  • 15 µm,
  • Ia: Az izomorsó elsődleges afferens rostjai,
  • Ib: Golgi-ín szerv,
  • α-motoneuron,
Aβ (II)
  • 50,
  • 8 µm,
  • 50,
  • Nyomás és finom érintés,
  • Az izomorsó másodlagos afferens rostjai,
Aγ
  • 20,
  • 5 µm,
  • Nincs,
  • Izom orsó,
Aδ (III)
  • 15,
  • 3 µm,
  • Szomatikus fájdalom,
  • Hőérzet,
  • Ganglion spinale,
B
  • 7,
  • <3 µm,
  • Nincs,
  • Preganglionáris szimpatikus rostok,
C (IV)
  • Hiányzik,
  • 1 µm,
  • 1 µm,
  • Mechanoreceptorok,
  • Viszcerális fájdalom,
  • Polimodalitás: Gyakran hő-, mechanikai és kémiai ingerek kombinációjára is reagálnak,
  • Posztganglionáris szimpatikus rostok.
2. ábra: A rostok típusai.

Szinapszisok

Áttekintés

A szinapszisok olyan területek, ahol a jelek vagy akciós potenciálok egy preszinaptikus struktúrából egy posztszinaptikus struktúrára (pl. neuronok, izom) terjednek. A szinapszisoknak különböző típusai vannak a szinaptikus struktúráknak megfelelően:

Kémiai szinapszisok

A tetanusztoxin tetanospazmin és a botulinum neurotoxin olyan proteolitikus enzimek, amelyek a SNARE-fehérjéket hasítják, ezáltal gátolják a neurotranszmitterek felszabadulását a szinaptikus hasadékba.

Neuromuszkuláris junkció

Elektromos szinapszisok

Neurotranszmitterek

3. táblázat: A neurotranszmitterek áttekintése.
Transzmitter Karakterisztika Lokalizáció
Acetilkolin
  • Általában excitatorikus,
  • Szintézis: Acetil-koenzim A-ból,
  • Két receptorra hat (kolinerg receptorok):
    • Nikotinos AChR,
    • Muszkarinos AChR,
  • Neuromuszkuláris junkció,
  • Paraszimpatikus szinapszisok,
  • Preganglionáris szimpatikus szinapszisok,
Aszpartát
  • Excitatorikus,
  • Központi idegrendszer,
Dopamin
  • Lehet excitatorikus és inhibitoros is,
  • Részt vesz a mozgás beindításában,
  • Gátolja a prolaktin szekrécióját az a hipofízis mellső lebenyéből,
  • Központi idegrendszer,
  • Lokális kémiai messenger a test más részein (pl. fokozza a vesében a nátriurézist),
Endorfinok
  • A központi idegrendszer és a hipofízis által termelt endogén opioidok,
  • Gátolják a fájdalom kialakulását,
  • Központi idegrendszer,
Enkefalinok
  • Gátolják a fájdalmat,
  • Központi idegrendszer,
GABA
  • Inhibitoros,
  • Elsősorban glutamátból szintetizálódik a glutamát-dekarboxiláz enzimen keresztül,
  • Központi idegrendszer,
Glutamát
  • Két típusa van:
    • Ionotrop glutamát receptorok (iGluR):
      • Excitatoros glutamát-kapcsolt ioncsatornák:
      • Példák:
        • N-metil-D-aszpartát receptor (NMDA-R),
        • Kvizkvalát receptor (AMPA-R),
        • Kainát receptorok,
    • Metabotrop glutamát repceptorok (mGluR):
      • Excitatoros vagy inhibitoros G-fehérje kapcsolt receptorok,
  • Részt vesznek a hosszú távú hatáserősítő folyamatokban (pl. tanulás, függőség) és a neuronális excitotoxicitásban,
  • Központi idegrendszer,
Glicin
  • Inhibitoros,
  • Gerincvelő,
  • Agytörzs,
  • Retina,
Noradrenalin
  • Neurotranszmitter és hormon,
  • Posztganglionáris szimpatikus szinapszisok,
  • Központi idegrendszer,
Szerotonin
  • Részt vesz az alvásban, a hangulatban és a fájdalom gátlásában,
  • Központi idegrendszer.
4. táblázat: Neurotranszmitter szintek betegségekben.
Neurotranszmitter Lokalizáció Emelekdett szint Csökkent szint
Acetilkolin
  • Nucl. basalis (Meynerti),
  • Neuromuszkuláris junkció,
  • Parkinson-kór,
  • Alzheimer-kór,
  • Huntington-kór,
Dopamin
  • Substantia nigra (főleg a pars compacta),
  • Area tegmentalis ventralis (agytörzs),
  • Skizofrénia,
  • Huntington-kór,
  • Depresszió,
  • Parkinson-kór,
Noradrenalin
  • Locus coeruleus (pons),
  • Szorongás,
  • Depresszió,
Szerotonin
  • Raphe magok (medulla oblongata, pons),
 -
  • Szorongás,
  • Depresszió: Néhány gyógyszer a szerotonin reuptake szelektív gátlásával növeli a szinaptikus szerotoninszintet (SSRI-k; pl. eszcitaloprám),
  • Parkinson-kór,
GABA
  • Nucl. accumbens (bazális ganglionok),
 -
  • Szorongás,
  • Huntington-kór.

Idegélettan

Áttekintés

5. táblázat: Az extracelluláris és intracelluláris folyadék ionos összetétele.
Ionok EC koncentráció IC koncentráció
Na+
  • ∼140 mmol/l,
  • ∼10 mmol/l,
K+
  • ∼5 mmol/l,
  • ∼150 mmol/l,
Ca2+
  • ∼2 mmol/l,
  • ∼10-5 mmol/l,
    • (Sejttípustól függően nagyban változik),
H+
  • pH = 7,4,
  • pH = 7,0,
Cl-
  • ∼105 mmol/l
  • ∼7 mmol/l,
Protein anionok
  • ∼5 mmol/l,
  • ∼155 mmol/l.

A kondukció alapjai

Az ionos oldatok vezetik az áramot. Az iontranszport sebességét az elektromos tér erőssége határozza meg. Az elektromos térerősséget az ionerősség határozza meg, amely az ionok koncentrációjának és töltetének mértéke az oldatban.

A kondukció fizikai alapjai

Alapelvek

A sejtmembrán mentén az idegvezetést szabályozó fizikai törvények

A membrán rezisztencia és kapacitás fordítottan összefügg (minél nagyobb a rezisztencia, annál kisebb a kapacitás).
A nagy, mielinizált rostoknak nagyobb a hosszállandója és gyorsabban vezetnek, mint a vékony nem-melinizált rostok.
A demielinizáló betegségek, mint a Guillain-Barré-szindróma és a szklerózis multiplex növelik a membrán kapacitást, csökkentik a membrán rezisztenciát, a vezetési sebességet és a hosszállandót.

Membrán potenciál

Áttekintés

Na+/K+-ATPáz

Akciós potenciál

Az akciós potenciál olyan egymás után bekövetkező elektromos változások sorozata, amely az ingerelhető sejtek membránján (pl. neuronok, miociták) a membrán potenciál gyors emelkedését (depolarizáció) és csökkenését (repolarizáció) okozzák. Az egyes sejttípusok eltérő akciós potenciálokat produkálnak, amely a feszültségfüggő ioncsatornáktól függ.

6. táblázat: Az akciós potenciál fázisai.
Fázis Leírás Celluláris folyamatok Potenciál
Nyugalmi potenciál
  • A sejt alap, excitábilis állapota,
  • A Na+ és K+ dinamikus egyensúlyi potenciálja,
    • Magas extracelluláris Na+ koncentráció,
    • Magas intracelluláris K+ koncentráció,
  • -70 mV-tól -90 mV-ig (belül negatív, kívül pozitív),
Küszöb potenciál
  • Az a kritikus elektromos potenciál, amely kiváltja az akciós potenciált,
  • "Mindent vagy semmit" elv:
    • Minden olyan inger, amely elég erős ahhoz, hogy meghaladja a küszöbpotenciált, akciós potenciált generál, függetlenül az inger erősségétől,
    • Az inger, amely nem éri el a küszöbpotenciált, nem generált akciós potenciált,
  • A neurotranszmitterek a sejtmembrán külső oldalán található receptorokhoz kötődnek,
    • A receptorokhoz kötött Na+-csatornák megnyílnak,
  • A küszöbpotenciál elérésekor a feszültségfüggő Na+-csatornák is megnyílnak, a K+-csatornák bezárulnak,
  • -70 mV-tól -50 mV-ig,
Depolarizáció
  • Az impulzus átalakítása szállítható elektrokémiai szignállá,
  • A potenciál energiagörbe meredeken emelkedő része (felfelé) a küszöbtől (kb. -70 és -50 mV között) a csúcsig (kb. +30 mV),
  • Elsősorban a nátriumtól függ,
    • A Na+-ionok robbanásszerű beáramlása feszültségfüggő Na+-csatornákon keresztül,
      • A membrán közelebb kerül a Na+ (+60 mV) egyensúlyi potenciáljához,
      • A tetrodotoxin ezt blokkolja,
  • A K+-csatornák szinte teljesen zárva vannak,
  • > -50 mV,
Csúcs
  • A feszültség maximuma,
  • Az a pont, ahol a legvalószínűbb, hogy a Na+ csatornák nyitottak és a membránpotenciál pozitív,
  • A görbe csúcsán sok Na+-csatorna ismét inaktívvá válik,
  • A K+-csatornák szinte teljesen zárva vannak,
  • +30 mV (belül pozitív, kívül negatív),
Repolarizáció
  • Visszatérés az alapállapotba,
  • Elsősorban a káliumtól függ,
    • A feszültségfüggő K+-csatornák megnyílnak,
    • A K+ kiáramlás kezdete,
  • A feszültségfüggő Na+-csatornák deaktivációja,
    • Na+ influx ↓
  • +30 mV-tól -90 mV-ig,
Hiperpolarizáció
  • A nyugalmi potenciál alatti membránpotenciál,
    • Emeli az érzékenységi küszöböt,
    • A refrakter periódus része,
  • A repolarizáció után néhány K+-csatorna nyitva marad,
    • A K+-csatornák fokozott aktivitása okozza, amely a depolarizáció során lassan csökkenő Ca2+ beáramlásnak köszönhető,
    • A Na+ csatornák (nem aktiválható) zárt állapotban vannak → átalakulnak zárt, de aktiválható állapotba,
  • ∼ -90 mV (belül negatív, kívül pozitív),
Refrakter periódus
  • A depolarizáció utáni intervallum, amelyben a sejt egyáltalán nem vagy csak minimálisan ingerelhető,
    • A tüzelési frekvencia szabályozására szolgál,
    • Megakadályozza az impulzusok egyszerű visszatérését,
  • Abszolút refrakter periódus: A Na+-csatornák teljesen inaktívak; nem jöhet létre új akciós potenciál,
  • Relatív refrakter periódus:
    • Néhány Na+-csatorna újraaktiválható, de magasabb küszöbpotenciállal; csak egy erős impulzus indíthat új akciós potenciált,
    • Az innen indított akciós potenciálnak kisebb az amplitúdója,
  • -70 mV-tól -90 mV-ig (belül negatív, kívül pozitív).

Utódepolarizáció

A szívizomsejt membránjának idő előtti depolarizációja, amely vagy az akciós potenciál repolarizációs fázisában (korai utóddepolarizáció) vagy utána (késői utóddepolarizáció) következik be. Új sejtek depolarizációját válthatja ki. Gyakran az elektrolitcsatornák egyenlőtlen működése miatt fordul elő.

A kardiomiociták refrakter periódusa különösen hosszú (plató fázis). Ez védi meg a szívet a túl gyors vagy koordinálatlan kontrakcióktól.

Az akciós potenciál hossza

Az akciós potenciál időtartama a sejttípustól függ:

Az akciós potenciálok kontrollja

A depolarizáció során elért membránpotenciál nem tükrözi az inger intenzitását. Az elektrokémiai impulzusvezetést a mindent vagy a semmit elv határozza meg, vagyis csak annyit, hogy az akciós potenciál kiváltódik-e vagy sem.

Az inger intenzitása a feszültséghez viszonyítva

Az inger intenzitása az aktuális erősséghez viszonyítva

Az akciós potenciál vezetése

Az akciós potenciál kiváltódása az ioncsatornák megnyitásán alapul, vagyis ez a folyamat pusztán lokális jellegű. Ahhoz, hogy az akciós potenciál kommunikatív szignálként tudjon működni, egy irányba kell terelni, azaz meghatározott módon továbbítani. A neurális visszaterjedést általában a Na csatornák refrakter időszaka akadályozza meg. Az ingervezetés vagy gyorsan történik (mielinizált rostokon szaltatorikus kondukcióval) vagy lassan (nem mielinizált rostokon folyamatos kndukcióval).

Folyamatos ingervezetés

Szaltatorikus ingervezetés

Minél vastagabb a mielinhüvely, annál gyorsabb az ingerület vezetése.

Szinaptotagmin

A szinaptotagmin a vezikulamembránban lehorgonyzott fehérje.