Dr. Lukáts Ákos (lukats.akos@med.semmelweis-univ.hu) Az idegszövet Dr. Lukáts Ákos (lukats.akos@med.semmelweis-univ.hu)

Evolúciós áttekintés Szerepe: a külső és belső környezetből érkező ingerek felfogása, feldolgozása, a válaszreakció megtervezése és a kivitelezés vezérlése. Többsejtű szervezetekben a komplexitás fokozódásával egyre bonyolultabb integráló rendszerekre van szükség: megjelenik az endokrin (hormonális) rendszer és az idegrendszer (csalánozóktól) Az idegrendszer minden fajban ectodermalis eredetű

Általános tendenciák Alacsonyabbrendűekben hálózatos idegrendszer Három tendencia: 1) Centralizáció központi idegrendszer: feldolgozás perifériás idegrendszer: érzékelés végrehajtás Dúcidegrendszer vs. csőszerű idegrendszer (gerinctelenek) (gerincesek) 2) Szegmentáció: minden testszelvénynek megfelelően egy dúc/centrum 3) Kefalizáció: feji dúcok/központok(agy) dominaciája, folyamatosan mind több funkció irányítását veszik át

Neurulatio (17-29. nap) Velőcső: központi idegrendszer Dúcléc: perifériás idegrendszer, stb…

Neurulatio 2 neuroporus anterior et posterior velőcsőzáródási rendellenességek – folsav szerepe

Az idegszövet sejtjei Neuronok: ingerelhetőség (katonák) akciós potenciál szinapszisok polarizáltság Gliasejtek: támasztósejtek (ragasztó) (hadtáp) szigetelés (vér-agy gát) metabolikus támogatás myelinhüvely etc.

www.whonamedit.com www.nobelprize.org/medicine/articles/golgi/

A neuron általános felépítése 1. Idegszövet strukturális és funkcionális egysége Ingerfelvételre, vezetésre specializálódott sejtféleség Négy elkülönülő funkcionális doménnel rendelkezik: 1. input (dendrit) 2. integratív (perikarion) 3. konduktív (axon) 4. output (telodendron, szinapszis) 2. 3. 4.

Neuronok morfológiája Morfológiailag a neuronokat a nyúlványok száma és elhelyezkedése alapján csoportosítjuk. Prototípus: a multipoláris neuron. Több, általában elágazó, kis nyúlvánnyal rendelkezik az ingerület felvételére (dendritek); illetve egy hosszabb nyúlvánnyal (axonnal) az ingerület továbbítására. A legtöbb sejtalkotó a mag körül, az úgynevezett perikaryonban található. Az idegsejtek polarizáltak. Az ingerület a dendritek felől, a sejttesten keresztül az axon és a telodendron felé vezetődik. Az axon és a sejt többi része elektromosan különbözik. Akciós potenciál csak az axonon képződik. Az ingerület szinapszisokon keresztül terjed a szomszédos sejtekre.

Perikarion (Soma) -5 μm-110 μm átmérő -nagy, kerek sejtmag, jól láthtahó nucleolus -axon eredési domb -Nissl-Rögök (Tigroid-szemcsék) =DER Az Axon-dombban hiányzik, de a dendritek kezdeti szakaszán megtalálható Golgi-Apparatus – neuronokban írták le legelőször -Hormonok és neurotranszmitterek szintézisében játszik szerepet -A transzmitter-vezikulák membránjának előállítása Golgi-Apparat – wurde erstmal in Neuronen beschreiben Mitokondriumok Lizoszómák Lipofuscin-szemcsék Glykogén-szemcsék Melanin (Substantia nigra) Vastartalmú Pigment (Nucleus ruber)

Axon Átmérő: 0,05-20 μm Myelinhüvely Axolemma Axoplazma: Microtubulus Neurofilamentumok (intermedier) Aktin-filamentumok Mitokondrium Microtubulus (Axonális transzport) - Gyors anterográd transzport (a teminális irányba) 100-400 mm/nap. – Neurotranszmitter vezikulák - Retrográd transzport (a perikarion irányába) (Tetanus toxin, Herpes-virus, pályakutatás) - Lassú, anterográd Transport (kevesebb, mint 4 mm/nap), - citoszkeletális elemek és vízoldékony proteinek

Pseudounipolar

Neuronok és a polarizáció dendrit sejttest axon eredési domb (AP) axon szinapszis motoneuronok, piramissejtek stb. legtöbb érző neuron gerincesekben alig fordul elő halló- és egyensúlyozó rendszer

Multipoláris neuronok Agykéreg:piramissejtek impregnáció Multipoláris neuronok Gerincvelő: motoneuronok Golgi impregnáció

Gerincvelő: motoneuronok Luxor fast blue Bipoláris neuronok, hallórendszer, toluidinkék

Kisagy: Purkinje sejtek immunfestés

Az ingerelhetőség alapjai: nyugalmi membránpotenciál 1 A membrán két oldalán a töltéssel rendelkező részecskék eloszlása nem egyenletes. Az extracelluláris tér fő ionjai a Na+ és a Cl-. Intracellulárisan a fehérjék és a K+ mennyisége jelentősebb. Az ioneloszlást passzív és aktív mechanizmussal tartja fenn a sejt, a Na-K-ATP-ase a legfontosabb aktív mechanizmus. Ez a pumpa használja fel nyugalomban a neuronok energia- fogyasztásának 70%-át! Na+:135-145 mmol/L Na+: 15 mmol/l + Cl-: 9 mmol/l Fehérjék - K+: 150 mmol/l Cl-: 125 mmol/l K+: 3.5-5.5 mmol/l A Na-K-ATP-ase EC. IC. Fehérjék - 3Na+ A sejtmembrán két oldala között 70-90 mV feszültségkülönbség mérhető. 2K+ ATP ADP+P

Az ingerelhetőség alapjai: nyugalmi membránpotenciál 2 A sejt körül minden töltéssel rendelkező részecskére két erő hat. Egy elektromos erő a potenciálkülönbség miatt, és egy kémiai erő a koncentrációk különbségekből kifolyólag. E két erő eredője szabja meg, mit csinál az adott ion, ha számára a membrán átjárhatóvá válik. Az a feszültségérték, amikor a két erő eredője 0, az az adott ion egyensúlyi potenciálja. A nyugalmi membránpotenciál esetén: A Na+-ra hat a legnagyobb erő. A K+ majdnem egyensúlyban van. Na+:135-145 mmol/L Na+: 15 mmol/l - + Cl-: 9 mmol/l Fehérjék - K+: 150 mmol/l Cl-: 125 mmol/l K+: 3.5-5.5 mmol/l Fehérjék - Nyugalmi állapotban a sejtmembrán permeabilitása ionokra nézve minimális.

Az ingerelhetőség alapjai: lokális válasz vs. akciós potenciál

Az ingerelhetőség alapjai: lokális válasz

Az ingerelhetőség alapjai: akciós potenciál Na+ csatornák zártak, K+ csatornák nyílnak, a K+ befelé áramlik, repolarizáció. Feszültségfüggő Na+ csatornák nyílnak ki, a Na+ befelé áramlik, depolarizálja a sejtet. A Na+ csatornák gyorsan bezáródnak. A Na-K-ATP-ase helyreállítja a nyugalmi potenciált és ionegyensúlyt. Alan Hodgkin és Andrew Huxley, akciós potenciál: 1963 Nobel-díj John Carew Eccles, szinpszis: 1963 Nobel-díj http://www.science.smith.edu/departments/NeuroSci/courses/bio330/squid.html

Az ingerelhetőség alapjai: akciós potenciál 2

Valódi szabad axonok csak a KPIR-ben fordulnak elő. Krstic G.: Die Gewebe des Menschen und der Saugetiere, Springer, 1978 Valódi szabad axonok csak a KPIR-ben fordulnak elő. A periférán, minden axont Schwann sejt vesz körül (idegrost): Myelinhüvelyes Myelinhüvely mentes idegrostok

Ingerületvezetés az axonon Szaltatórikus ingerültvezetés. A velőshüvely leszigeteli az axont az extracelluláris tértől. Akciós potenciál csak a csupasz axonon (Ranveir-féle befűződés) tud kialakulni, közöttük az impulzus lokális válaszként elektromosan (sokkal gyorsabban és kevesebb energia felhasználásával) terjed. A myelinhüvelyt a gliasejtek képezik, a periférián a Schwann sejtek, a centrumban az oligodendrocyták.

A myelinhüvely Schwann-sejt Oligodendrocyta

Összefoglaló Akciós potenciál csak ott alakul ki, ahol a depolarizáció már elérte a küszöbpotenciált, és ahol a sejt rendelkezik feszültségfüggő Na+ csatornákkal (axon). Alakja meglehetősen állandó, míg a küszöb alatti depolarizáció (lokális válasz) lecseng, az akciós potenciál mindent vagy semmit jelleggel vezetődik tova. Az állandó depolarizáció/repolarizáció nagyon energiaigényes és viszonylag lassú folyamat, a lokális válasz gyorsabban vezetődik, energetikailag is kedvezőbb, de gyorsan lecsökken az amplitúdója, csak rövid távon megfelelő (sejttest, dendritek).

Az ingervezetés sebessége A vezetés sebessége függ: axon vastagsága myelinizáció foka Különböző funkciójú rostok vezetési sebessége jellemző a rostféleségekre

Idegrostok összefoglalása Típus Átmérő (μm) Vezetési sebesség (m/s) Efferens Afferens Aα 12-20 70-120 Extrafusalis izomrostok Izomorsó, Golgi-féle ínreceptor Aβ 5-12 30-70 Bőr: tapintás, nyomás, vibráció Aγ 2-10 10-45 Intrafusalis izomrostok Aδ 2-5 12-30 Bőr: tapintás, nyomás, gyors fájdalom és hő B 1-3 3-15 Preganglionáris vegetatív rostok C 0,5-1 0,5-2 Postganglionáris vegetatív rostok Bőr, belső szervek: lassú fájdalom, hő

Ingerületátvitel: szinapszis

Ingerületátvitel: kémiai szinapszis Akciós potenciál eléri a preszinaptikus terminálist Ca++ lép be a sejtekbe A szinaptikus vezikulák fúzionálnak a membránnal A transmitter kijut a szinaptikus résbe A transmiter receptorához kötődik Válasz (depolarizáció vagy hyperpolrizáció)

A kémiai szinapszis jellemzői Bonyolult anatómiai struktúra, néha komplex szinapszisok Az akciós potenciál direkt módon nem terjed át a postszinaptikus sejtre A neurotranszmitterek felszabadulása, és a hatás megjelenése időigényes folyamat: szinaptikus késés Serkentő (depolarizáló) és gátló (hyperpolarizáló) szinapszisok (más transzmitterek vagy más receptorok mediálják – egyes esetekben specifikusan blokkolhatók) Egyirányú ingerületterjedés (pre- illetve postszinaptikus sejt gerincesekben) A postszinaptikus sejten lokális válasz jellegű hatást vált ki (EPSP v. IPSP) Ha a postszinaptikus sejten a depolarizáció eléri a küszöbpotenciált az axon eredési dombon, akkor a sejt akciós potenciállal válaszol.

Ingerületátvitel: elektromos szinapszis A pre- és postszinaptikus sejtek cytoplazmáját gap-junction jellegű kapcsoló struktúrák kötik össze. Kis ionok akadálytalanul átjutnak egyik sejtből a másikba.

Az elektromos ingerületátvitel jellemzői Nem csak idegsejtek között jöhet létre (szívizom, ingervezető köteg, simaizom, gliasejtek; mindenhol, ahol koordinált sejtműködésre van szükség) Gyors ingerültátadás, kis ionok (Ca++) akadály nélkül juthatnak át rajta Akciós potenciál késés nélkül jut át egyik sejtből a másikba Kétirányú ingerületátvitel! Kevesebb szabályozási lehetőség, de zárható, illetve nyitható Gliasejteknél a neuronok metabolikus támogatásához nélkülözhetetlen

Gliasejtek Astrocyták: Csillag lakú sejtek, a központi idegrendszer szürke- és fehérállományában. Határhártyákat képeznek, metabolikusan segítik az idegsejteket. Egymással gap-juntionokkal kapcsolódnak.

A központi idegrendszer főbb glia-típusai Astrocita (rostos/plazmás) Oligodendrocita (myelin) Mikroglia (makrofág)

Asztrocita A szürkeállományban többnyire protoplazmás A fehérállományban többnyire rostos Határmembránok Membrana limitans gliae perivascularis (jelentős a vér (agy-gát fenntartásában) Membrana limitans gliae superficialis Ioncsatornák – az extracellularis K+-ionok felvételével az ionkoncentráció stabilizálása Gap-Junction (Nexus, Connexin 43) Jelátvivő molekulák kicserélődése (cAMP, IP3) Egyes neurotranszmitterek megkötése révén (pl Glutamát) a neuronális jelátvitelt modulálni képesek. Intermedier-Filamentumok: GFAP (Glial Fibrillary Acidic Protein) Reaktív Asztrocitózis: sérülés vagy gyulladás esetén megjelenő, fagocitózisra képes asztrociták Felnőttkori agytumorok 80%-a fibrosus astrocytoma!

A myelinhüvely Schwann-sejt Oligodendrocyta

Az idegrendszer működésének alapjai: reflexek

Ajánlott irodalom Szentagothai J, Réthelyi M: Funkcionális anatómia, Medicina, 1989 Sobota - Atlas of Human Anatomy, 20th edition, Urban and Schwarzenberger, 1993 Hasznos adatok: http://faculty.washington.edu/chudler/facts.html Carola R, Harley JP, Noback CR: Human Anatomy and Physiology, McGraw-Hill Imc, 1990 Greenstein B: Color Atlas of Neuroscience, Thieme, 2000 NEUROSCIENCE: Third Edition, Sinauer Associates, Inc, 2004 A szövettani felvételek ha máshogy nem jelöltek, a Humánmorfológiai Intézet anyagából származnak.