FUNKČNÍ SYSTÉMY CNS

1. FUNKČNÍ SYSTÉMY CNS ŘÍDÍCÍ SYSTÉMY CNS NEUROENDOKRINOLOGIE NEUROIMUNOLOGIE

2. STRUKTURA PŘEDNÁŠKY • Hypothalamus • Centrální řízení autonomních funkcí • Neuroendokrinní systém • Cirkadiánní rytmicita • Spánek, sny a snění • Stres, neuroimunologie • Literatura

3. HYPOTHALAMUS Integrativní centrum

4. HYPOTHALAMUS • Integrativní centrum • Zásadní pro zachování organismu i jeho druhu • Složitost řídících center - struktura, neurochemie a spoje • Funkční organizace hypotalamu • Komunikace nervových struktur s hypothalamem • většina subsystémů vč. periferie • feedback z periferního systémů, které reguluje • efektivní integrace fyziologických procesů a chování • Konverze synaptické informace na hormonální signály • Místo zpětnovazebné regulace fyziologických procesů, hypothalamem řízených

5. HYPOTHALAMUS • Relativně malá oblast mezi thalamy a pod thalamy • Tvoří přední stěnu a dno 3. mozkové komory • Je tvořen velkým množstvím jader • Je propojen s většinou systémů CNS Morfologické dělení jader • Dorzální skupina • Ncl.ansaelenticularis • Přední skupina • Ncl.preaoptici med.et lat. • Ncl.supraopticus • Ncl.suprachiasmaticus • Ncl.paraventricularis • Ncl.hypothalamicus ant. • Střední oblast • Ncl.arcuatus • Ncl.tuberales • Area hypothalamica lat. • Ncl.hypothalamicusventrolat.etdorsomed. • Ncl.hypothalamicusdors. • Ncl.periventricularis post. • Ncl.infundibularis • Zadní oblast • Ncl.corporismammilaris med.et lat. • Ncl.hypothalamicus post.

6. INTEGRATIVNÍ PROCESSING • Hypothalamus – místo „setkání“ různých funkčních substémů a integrace jejich „zpráv“ • projekce ze všech větších subsystémů, přímé i nepřímé spoje • Integrace vstupů - vliv na regulační výstupy hypothalamických jader • Efektorové systémy hypotalamu jsou hormonální a synaptické

7. INTEGRATIVNÍ PROCESSING Stav organismu Čichové projekce HYPOTHALAMUS Neuroendokrinní regulace Vizuální projekce Reprodukce Viscerální senzace Autonomní fce Aferentace z mozk.kmene Imunitní fce a termoregulace Projekce z limbického syst. Informace z CVO Příjem tekutin - homeostáza Příjem potravy

8. ČICHOVÁ PROJEKCE • Čichový systém – ovlivňuje neurony v mnoha částech hypotalamu • Čichová informace • Nezbytná pro příslušné funkce - integrální součást chování zúčastněného v reprodukci, obraně a krmení • U obratlovců se významnost čichu odráží • samostatný čichový lalok • vztah čichu k hypothalamu

9. VIZUÁLNÍ PROJEKCE • Funkce biologických hodin • suprachiasmatickém jádře (SCN) • časomírová kapacita • úspěšná adaptaci na prostředí a reprodukce • Synchronizace podle zevních okolností • Sítnice – jeden typ gangliových bb., obsahují melamopsin • Spoje do šišinky • „jet lag“ pásmová nemoc • SCN je závislé na funkci hypothalamu – integraci senzorických informací pro časovou organizaci různých funkcí regulovaných hypothalamem • ad cirkadiánní rytmy, rytmy uvolňování hormonů z hypothalamu

10. VISCERÁLNÍ SENZACE • Senzorická informace • viscerální senzitivita • koordinuje autonomní reflexy • Spoje do předního mozku – integrace informace • Paraventrikulární jádro a laterální hypothalamus • Součást vyššího systému • Vliv na autonomní a endokrinní výstupy hypothalamu a jeho regulace homeostázy • Vliv na náladu • výzkumy vztahu stresové aktivace a senzorické integrace • vztah k aktivaci endokrinní a autonomní osy, vázané na stres)

11. PROJEKCE Z LIMBICKÉHO SYSTÉMU • Projekce do hypothalamu • Přímé i nepřímé • Podílí se na funkcích • Neuroendokrinních, autonomních • Potravovém, reproduktivní a obranné chování • projekce z amygdaly - vliv na hypotalamus • exprese strachu • freezing • organizace endokrinní a autonomní komponenty strachové odpovědi

12. CIRKUMVENTRIKULÁRNÍ ORGÁNY • Chemosenzitivní centra • 7 různých center - kolem systému komor • Anatomické a histologické zvláštnosti této oblasti • CVO • řízení periferních fcí • zpětnovazebná regulace • Subfornikální orgán (SFO) • neuroendokrinní a homeostatická fce • Vaskulární orgán laminy terminalis(OVLT) • v hypothalamu • Medianní eminence (ME) • ve střední části hypothalamu • Hypofýza (PG) • Výchlipka předního hypothalmu • Šišinka (P) • Součást epithalamu • Subkomisurální orgány (SCO) • Area postrema(AP) • zajišťují neuroendokrinní a homeostatické fce

13. EFEKTOROVÉ SYSTÉMY • Efektorové systémy hypotalamu • hormonální • Synaptické • Reflektují velký vliv hypothalamu na chování a fyziologii • Hypothalamus • Synaptické spojení s většinou oblastí CNS • Řízení behaviorálního stavu • Řízení činnosti hypofýzy - ovlivnění periferní fyziologie • Integrace různých podnětů a informací » regulace periferie • Efektorové systémy hypothalamu • Řízení behaviorálního stavu • Neuroendokrinní regulace činností a činnosti hypofýzy • Reprodukční funkce • Centrální integrace autonomních funkcí • Imunitní funkce a termoregulace • Homeostáza tekutin a žízeň • Příjem potravy

14. ŘÍZENÍ BEHAVIORÁLNÍHO STAVU • Regulace cyklu spánek - bdění - distribuovaná fce • Retikulární aktivační systému mozkového kmene – bdělost a vědomí (consciousness) • centra spánku a bdění v zadním a předním hypothalamu • opoziční působení obou center v regulaci spánku a arousal • zadní a laterální hypothalamus – obsahuje hypokretin (orexin) • studie narkolepsie • další zúčastněná centra – mozkový kmen, thalamus, BG 

15. NEUROENDOKRINNÍ REGULACE • Mediánní eminence • Hypothalamické neurony – neurosekreční charakteristiky • Hypothalamické řízení periferních endokrinní žláz • Hypothalamická jádra (periventrikulární jádro a ncl.arcuatus) • Obsahují malobuněčné neurosekreční neurony • Produkují různé peptidy • Stimulují nebo inhibují činnost předního laloku hypofýzy • Integrace synaptických vstupů – zpracování informace – konverze informace do hormonálních signálů – ovlivnění periférie • Hypothalamo-hypofyzární osa (centrální řízení činnosti endokrinních žláz – neuroendokrinologie)

16. REPRODUKČNÍ FUNKCE • Experimenty u hlodavců • Některé hypothalamické buněčné skupiny - sexuálně dimorfické • Možnost podobného dimorfismu v lidském hypothalamu • Kontroverzní výzkumy homosexuality • Maturace a uvolnění pohlavních buněk • gonadotropin (Gn) přední hypofýzy – hypothalamus (GnRH) • specificky podle pohlaví - gender specifický vzorec uvolňování Gn • Směr dalšího bádání • centrální generátor vzorců zodpovědný za sexuální dimorfismus

17. AUTONOMNÍ FUNKCE • Centrální integrace všech vstupů do hypothalamu • Několik nervových hypothalamických skupin – přímo ovlivňují autonomní nervový systém • Výstup z hypothalamu • Do mozkového kmene a spinální míchy - pregangliová vlákna • Ovlivňuje oba oddíly autonomního nervového systému • Vícerozměrné řízení autonomních funkcí • homeostáza, adaptibilita

18. IMUNITNÍ FUNKCE A TERMOREGULACE • Ovlivnění imunitního systému hypothalamem • cestou neuroendokrinních výstupů • cestou autonomního nervového systému • Prvotní výzkumy , stále mnoho nejasného • Horečka a termoregulace • mediální preoptická oblast – senzitivní k tělesné teplotě • inhibice termogenenze • Překryv buněk, které regulují rovnováhu energie, stres a horečku

19. HOMEOSTÁZA TEKUTIN A ŽÍZEŇ • Sledování odpovědi neuronů na dehydrataci aj. změny vnitřního prostředí • Hypothalamus – jádra citlivá na dehydrataci a změny v krevním objemu • CVO – spoje k oblastem integrující informace z viscerálních orgánů • Integrují periferní stimuly • Adaptivní kompenzační žízeň • Oblast není ještě plně prozkoumána z hlediska její funkce

20. PŘÍJEM POTRAVY • Příjem potravy – komplexní vzorec chování • Jeho řízení zahrnuje několik regionů v mozku, vč. hypothalamu • Dřívější koncept – jednoduchý antagonistický efekt dvou center – hladu a sytosti • Dnes - moderní názor na komplexní neurální regulaci příjmu jídla • Konzumace potravy » uvolnění hormonů z GIT a stimulace senzorických drah, inervujících GIT • Hypothalamická jádra - základ regulace zpětnou vazbou z hormonálních signálů z GIT

21. Σ: HYPOTHALAMUS • centrální regulace nezbytná pro přežití a pokračování druhu • vykonávána výstupy hypothalamu - synaptické a hormonální mechanismy • zpětné vazby regulace ze systémů, které sám reguluje • obrovská integrační kapacita • integrální systém souborů neuronů - ne izolovaná jednotka • součást „sloupce řízení chování“ • topograficky organizovaný integrativní centrální subjekt kontroly cerebrálních hemisfér • fční organizace - distribuovaná lokalizace hypothalamických funkcí • Horní část - ingestivnífce (potrava, pití) a sociální (obranné a reproduktivní) • Dolní část - explorativní a potravové chování • modulace těchto fcí z mozkové kůry- 3 sestupné projekce kortexu

22. ŘÍZENÍ AUTONOMNÍCH FUNKCÍ Autonomní ústředí Autonomní nervový systém Autonomní fce

23. AUTONOMNÍ NERVOVÝ SYSTÉM • Autonomní nervový systém – řízen mimovolně (X somatický nervový systém) • Autonomní ústředí - řízení autonomních fcí • Autonomní centra v CNS • Autonomní reflexy • Integrace reakcí organismu na vnější skutečnosti, se vztahem k řízení autonomních fcí • Periferní oddíly • Jsou vystavěny jako reflexní oblouk (x somatické reflexy) • přepojování v autonomních gangliích • pomalé vedení – nemyelinizovaná vlákna)

24. AUTONOMNÍ ÚSTŘEDÍ • Autonomní centra • 1. Páteřní mícha • 2. Mozkový kmen • 3. Hypotalamus • 4. Kortex

25. PERIFERNÍ ODDÍLY • Periferní oddíly • Receptory • Dostředivá dráha • Odstředivá dráha • Efektorové buňky – sval, žláza, céva….

26. NERVY VEGETATIVNÍ (autonomní) • řídí činnost vnitřních orgánů, žláz a hladké svaloviny • automaticky bez našeho vědomí • v integraci s ostatními částmi nervového a humorálního systému • nadřazená centra (mozková kůra insuly a hypotalamus) • 2 funkčně i morfologicky odlišné systémy • vzájemně se doplňují, protichůdné působení na orgány • přesné a jemné řízení • Sympatikus – systém thorakolumbální • Parasympatikus – systém kraniosakrální

27. MEDIÁTORY VEGETATIVNÍHO NS • Klasické, primární NT – 2 základní NT • AcCh • NA • Neuromodulátory - nonkatecholaminové a nonacetylcholinové mediátory • GnRH, DA, ATP, VIP, enkefaliny, endorfiny, GABA, serotonin,…….

28. SYMPATICUS a PARASYMPATICUS • SYMPATIKUS • z hrudní a bederní míchy, vegetativní uzliny • zakončení sympatických vláken – NA, A • PARASYMPATIKUS • zakončení parasympatiku – AcCh • z mozku a křížové míchy, parasympatická ganglia

29. SYMPATICUS a PARASYMPATICUS • Sympaticus • aktivizuje organismus • V situaci ohrožení či zvýšených nároků na organismus • aktivuje se v rámci stresové reakce • Fight or flight • Parasympaticus • pracuje zejména v době pohody, kdy nehrozí nebezpečí • typicky po jídle nebo ve spánku – rest or digest • Do jisté míry antagonistické účinky vzhledem k sympatiku • Účinky sympatiku • Zvyšuje prokrvení svalů a snižuje prokrvení GIT a kůže • Zvyšuje srdeční frekvenci a sílu srdečního stahu i dráždivost myokardu a rychlost vedení vzruchů v srdci • Rozšiřuje průdušky (bronchodilatace) • Silně tlumí činnost GIT, vč. žláz • Rozšiřuje zornici – mydriáza • V pohlavním ústrojí řídí ejakulaci • Aktivuje dřeň nadledvin aj. • Účinky parasympatiku • Zužuje zornici – mioza, stimuluje slznou žlázu • Snižuje TF i rychlost vedení, dráždivost i sílu srdečního svalu • Zužuje průdušky – působí bronchokonstrikci • Mohutně stimuluje GIT – pohyby trávicí trubice i sekreci jejich žláz • V zevních pohlavních orgánech rozšiřuje cévy – vazodilatací podmiňuje erekci aj.

30. NEUROENDOKRINOLOGIE

31. SOUSTAVA ENDOKRINNÍCH ŽLÁZ • neurohumorální regulace • Řízení nervovou soustavou • Řízení humorální soustavou • Funkce endokrinních žláz • Hormony • Řízení mechanismy zpětné vazby • HORMONY • 1) glandotropní • 2) efektorové • žlázy s vnitřní sekrecí: • podvěsek mozkový • šišinka • štítná žláza • příštitná tělíska • brzlík • nadledvinky • langerhansovy ostrůvky • pohlavní žlázy

32. HYPOTHALAMO-HYPOFYZÁRNÍ OSA • Hypothalamus + hypofýza = hypothalamo -hypofyzární osa • Hypofýza – ontogenetický vývoj: přední a zadní lalok hypofýzy • Neurony hypothalamu - vysílají axony do zadního laloku hypofýzy • vazopresin a oxytocin • Hypothalamická jádra • neurosekreční neurony - produkce peptidů • Paraventrikulární jádro a obloukové jádro • Stimulují nebo inhibují uvolnění hormonů z předního laloku hypofýzy

33. HYPOTHALAMUS JAKO NEUROENDOKRINNÍ ORGÁN • Neuroendokrinní buňky • nesou rysy jak neuronů tak endokrinních bb. • Produkují ll. – hormony / neurohormony • Primárním cílem hypothalamických neurohormonů je hypofýza (přední a zadní lalok) • hypothalamické uvolňovací nebo stimulující buňky • mediánní eminence, kapilární pleteň, přední hypofýza • zadní hypofýza je také ovlivňována hypothalamem – ale anatomická spojení jsou odlišná • výběžky neuronů končí přímo v zadní hypofýze • odtud jsou neurohypofyzeální hormony uvolňovány do celkového systémového oběhu a transportovány k jejich cílům v těle

34. HYPOTHALAMICKÉ HORMONY • Systémy (osy) H-A-P • Doposud bylo identifikováno 5 neuroendokrinních systémů • primární hypothalamický hormon (RH nebo IH) • odpovídající sekundární hormony adenohypofýzy • Sekundární hormony z adenohypofýzy - uvolňovány do oběhu • LH luteinizační hormon • FSH folikuly stimulující hormon pro reprodukční osu • ACTH adrenokortikotropní hormon pro stresovou osu • TSH thyreoidea stimulující hormon pro thyreoideální osu • GH růstový hormon (somatotropin) pro růstovou osu • PRL prolaktin pro osu laktace • Některé z os mají i terciární hormony (reprodukce, stres, ŠŽ, růst) Hypothalmické uvolňovací hormony • GnRH • Gonadotropin-releasing hormon • CRH • Corticotropinreleasing hormon • TRH • Thyreotropinreleasing hormon • GNRH • Growth hormon releasing hormon Hypothalamické inhibující hormony • Hormon inhibující růstový hormon – somatostatin • Hormon inhibující sekreci prolaktinu (dopamin)

35. HYPOTHALAMICKÉ HORMONY • Osy H-A-P interagují navzájem • hypothalamus je regulován vstupy z CNS a zpětnou vazbou hormonů z periférie • Uvolňování neurohormonů • Rytmicita uvolňování • 5 hypothalamo-hypofyzálních neuroendokrinních systémů • Metabolismus • Růst • Reprodukce • Laktace • Stres

36. OSA METABOLICKÁ (H-A-ŠŽ) • TRH - paraventrikulárním jádrem hypothalamu • TSH z adenohypofýzy • Hormony ŠŽ • Receptory pro tyto hormony jsou všude v těle i v mozku • Nadbytek hormonů – hyperthyreoza • Nedostatek hormonů – hypothyreoza • Nedostatek hormonů v fetálním nebo časném postnatálním životě

37. RŮSTOVÁ OSA (H-A-J) • Primární hormony • GHRH (ncl. arcuatus) • Somatostatin (periventrikulární oblast) • Sekundární hormon – GH • Terciární orgány (játra) • inzulínu podobný růstový faktor • GH i IGF působí synergicky • důležitá role v neonatálním a postnatálním růstu • Stimuluje metabolismus – stimuluje růst orgánů, růst kostí a maturace, imunitních fcí • Mnoho efektů je sexuálně dimorfických

38. STRESOVÁ OSA (H-A-A) • CRH cortikotropinreleasing hormon (parvocelulární část PVN) • ACTH adrenokortikotropní hormon • Kůra nadledvin - glukokortikoidy (GK) • Regulace - negativní zpětná vazba • GK zprostředkovávají odpověď organismu na stres spolu s autonomním systémem • Modulují odpověď imunitního systému • Ovlivňují ostatní neuroendokrinní osy • Pulsní a cirkadiánní rytmus uvolňování • Receptory pro GK - všude po těle, v CNS, vč. hypothalamu

39. OSA REPRODUKCE (H-A-G) • 1. GnRH (LHRH) • 2. LH a FSH (Gn, gonadotropiny) • 3. Gonády – pohlavní hormony • Pohlavní hormony • receptory po celém těle – sekundární pohlavní znaky, reproduktivní fce • Zpětná vazba je pozitivní i negativní • Fce • Aktivita osy se mění v průběhu života • Cyklus reproduktivní osy – denní, diurnální, a sezonní • Mechanismy ještě málo známé

40. OSA LAKTACE (H-A-M) • Laktace a mateřské chování – laktotrofní osa • prolaktin PRL • inhibující hormon (DA) • Cíl - mléčná žláza • Uvolňování PRL se mění podle věku, stáří a reproduktivního stavu • Hladiny PRL jsou vyšší u žen než u mužů, mění se v průběhu mentruačního cyklu a podle reproduktivního stavu organismu

41. CHRONOBIOLOGIE Biologické rytmy

42. BIOLOGICKÉ RYTMY • Základní vlastnosti živé hmoty • Chronobiologie – studium biologických rytmů • Rytmy cirkadiánní, infradiánní, ultradiánní • Vnější a vnitřní (endogenní) mechanismus rytmicity • Systémy podléhající změnám • TT, TK, funkce ledvin, aktivita a počet leu, sekrece některých hormonů, reprodukce určitých buněčných populací • příjem potravy, bdění, spánek, behaviorální a emoční projevy, zápis do paměti a duševní výkonnost, sexuální aktivita, mateřské chování • genová exprese aj.

43. CIRKADIÁNNÍ RYTMY • Cyklické děje s přibližně 1 denním opakování • Děje endogenní – vnitřní pacemaker – perioda asi 24,5-25 hod • Vnější prostředí - perioda 24 h • Synchronizátory vnějšího prostředí • Světlo – nejsilnější signál • Pravidelný příjem potravy, teplota, hladiny hormonů, sociální podněty • Pacemaker – biologický časovací mechanismus • Vnitřní hodiny • Vstupy • Výstupy

44. CIRKADIÁNNÍ RYTMY

45. SUPRACHIASMATICKÉ JÁDRO • Klíčová role v koordinaci ostatních oscilátorů • Periodicky se opakující elektrická aktivita • Aferentace SCN (vstupy) • Projekce ze sítnice – specializovaná populace gangliových bb. • Eferentní dráhy SCN (výstupy) – přímé synaptické a neurosekreční • Výstupy slouží synchronizaci oscilátorů v jiných tkáních • Ncl. paraventricularishypothalami – přímo k neuronů secernujícím CRH a GnRH (rytmicita vylučování kortikosteronu a pohlavních hormonů) + regulace autonomních fcí

46. SUPRACHIASMATICKÉ JÁDRO • Diverzita výstupů SCN vede k fyziologickým rytmům • SCN nemá přímé anatomické spoje přesahující hypothalamus • Přesto má pervazivní vliv na organismus • Regulace spánku a bdění – víceúrovňová regulace • Cirkadiánní regulace neuroendokrinních funkcí • Cirkadiánní regulace autonomních funkcí • Inervace šišinky • Melatonin je indikátor délky noci, vztah k sezónnímu rozmnožování, sezónní výměně srsti a k migraci u některých druhů

47. BDĚNÍ A SPÁNEK • Spánek - projev útlumu v CNS, které se šíří po rozsáhlých korových a podkorových oblastech • Ve spánku se činnost CNS mění, její funkční projevy se liší od stavů bdělosti • Vědomí - 2 základní významy – bdělost a stav uvědomování si • Bdělost – vigilita (vigilance – bdělá pozornost) • Jedinec reaguje na běžnou aferentaci • Neurofyziologické mechanismy bdělosti – ARAS, thalamus, hypothalmus • Arousal reaction - RF • Bdění • ostražité (gama rytmus) • aktivní (beta rytmus) • relaxované (alfa rytmus na eeg)

48. BDĚNÍ A SPÁNEK • Spánek popisuje pomocí eeg jeho stadia • Uvolněné bdění • Fáze usínání • Fáze spánku • Hluboký spánek (SWS spánek slowwavesleep) • Spánek je mělčí přichází REM fáze – tzn. 1 spánkový rytmus • REM spánek – mělčí, snový • Inhibice motoneuronů, ale některé systémy aktivní • Délka spánku velká interidividuální variabilita • Délka spánku – kojenci 16h – podíl REM spánku 50% • Desetileté dítě – kolem 10 hod. (REM spánek 20%) • Mladí dospělí 7-8 hod. • Starší dosp. 6hod.

49. BDĚNÍ A SPÁNEK • Spánek – cyklické jevy během spánku • Non REM spánek (pomalý, telencefalický, spánek s pomalými vlnami) • REM spánek – REM spánek (aktivovaný, paradoxní, rhombencefalický) • Nepravidelný eeg záznam • Ztráta svalového tonu – fázické kontrakce okohybných svalů – REM • Převládá aktivita sympatiku, sny, erekce • Patofyziologické mechanismy spánku – není pasivní děj, ale aktivní • nonREM – ncl.raphae, ncl.reticularisthalami, cholinergní neurony RF, NTS, struktury bazálního předního mozku • REM – centrum v ncl. reticularispontisovalis

50. MODELOVÁNÍ ŘÍZENÍ spánku a bdění • 2 modely vysvětlující behaviorální stavy spánek (sleep) a bdění (waking) • Neurobiologický • Psychofyziologický model • Závěry • Narušení spánku ovlivňuje emoční a kognitivní funkce • Prolongovaná spánková deprivace je letální • Spánek slouží důležité ale nejasně zprostředkované funkci udržování organismu