Nervesystemets celler, fysiologi & kemi.

1. Nervesystemets celler, fysiologi & kemi. Carsten Reidies Bjarkam. Lektor, Læge, Ph.D. Neurobiologisk Afdeling Anatomisk Institut Aarhus Universitet

2. Nervesystemet er opbygget af nerveceller (+ gliaceller)

3. Nervecellen • Specialiseret til informationsbearbejdning og -overførelse • Kendetegnet ved sine udløbere og evne til at frisætte bestemte neurotransmittere • Menneskets CNS rummer omkring 100 milliarder nerveceller, som gennemsnitligt hver danner 1000 synapser

4. Nerveceller kan være meget forskellige

5. Alle nerveceller har dog samme grundform • Dendritterne forøger nervecellens receptive overflade • Cellelegemet er sæde for kernen og basale cellulære funktioner • Axonet er den udløber, hvormed nervecellen påvirker andre celler

6. Dendritter • Dendrittræets udstrækning illustrerer nervecellens behov for at fange information fra omgivelserne • Primære, sekundære og tertiære dendritter • Distale versus proximale dendritkontakter

7. Dendrit spinae • Små udposninger på dendritgrenen specialiseret til synaptisk kontakt • Stor betydning for neural plasticitet

8. Dendritter • Påvirkes af andre nerveceller • Synaptisk & non-synaptisk • Påvirkning af ionotrope receptorer medfører små lokale ændringer af membranpotentialet • EPSP: exitatorisk postsynaptisk potentiale • IPSP: inhibitorisk postsynaptisk potentiale • Påvirkning af metabotrope receptorer medfører strukturelle og funktionelle ændringer i nervecellen

9. Soma, cellelegemet • Temporal og spatial summation af indkomne EPSPs & IPSPs • Nervecellens membranpotentiale ændres hele tiden! • Threshold = Tærskel

10. Direction of information flow “Integrate-and-fire” Synaptic input Integration Action potential initiation Dendritter-soma-axon Cell body (soma) Dendrite Axon

11. Aktionspotentialet løber langs axonet til axonterminalen • Aktionspotentialets udslag er konstant • Udbredelseshastighed afhænger af axonets diameter og myelineringsgrad

12. Axonterminalen • Rig på vesikler • Disse indeholder specifikke kemiske stoffer (neurotransmittere) • Neurotransmitterne frisættes til ECV når aktionspotentialet kommer frem til axonterminalen • De frisatte neurotransmittere kan hernæst påvirke receptorer på andre celler • De frisatte neurotransmittere vil ultimativt diffundere væk, blive nedbrudt i ECV eller genoptaget i axonterminalen

13. Nerveceller kan kommunikere med • Nerveceller • Muskler • Kirtler • Gliaceller

14. Nerveceller kan påvirke hinanden på 3 forskellige måder • 1: Elektrisk via gap-junctions • 2a: Kemisk via synapser • 2b: Kemisk via non-synaptisk (volumen) transmission

15. Elektrisk transmission (gap-junctions) • Direkte kontakt mellem ICV i 2 nerveceller pga forekomst af gap-junctions • Fri udveksling af ioner • Kan samordne nervecellernes membranpotentiale og dermed deres aktivitet • Primitiv umodulerbar transmissionsform

16. Kemisk transmission kræver generelt • En afsender (donor) • Et transmitterstof • En modtager (receptor)

17. Neurotransmittere

18. Neurotransmittere • Kemiske stoffer • Dannes i nervecellerne samt genoptages fra synapsespalten • Samles og opkoncentreres i de præsynaptiske vesikler • Nedbrydes enzymatisk • Syntese og nedbrydningsveje er oplagte mål for lægemidler og misbrugsstoffer

19. Receptorer • Oftest lokaliseret i cellemembranen • En celle kan have mange forskellige receptorer • En given receptor er ofte specifik for et givent kemisk stof • Lignende kemiske stoffer kan dog også bindes til receptoren • Receptorer kan stimuleres og hæmmes/blokkeres

20. Receptorer inddeles i: • Ionotrope receptorer som medfører åbning af ion kanaler • Metabotrope receptorer som aktiverer intracellulære enzymsystemer

21. Ionotrope receptorer • Involveret i “Fast synaptic transmission” • Virkningsvarighed er ms • Signalet kan være excitatorisk som følge af åbning af Na eller Ca kanaler • Signalet kan være inhibitorisk som følge af åbning af Cl kanaler

22. Metabotrope receptorer • Involveret i “Slow synaptic transmission” • Virkningsvarighed er sekunder til timer • Kan have strukturel og trofisk betydning for nervecellen

23. Synaptisk transmission • Synapse = specialiseret kontaktpunkt mellem 2 nerveceller • Hver nervecelle danner i gennemsnit 1000 synapser • Vigtigt angrebspunkt for lægemidler og misbrugsstoffer

24. Synapsen er strukturelt opbygget af • En præsynaptisk del (donor-axonterminalen) • En synapse spalte • En postsynaptisk del (modtager-nervecellen og dens receptorer) • Bemærk ensrettet transmissionsretning!

25. Synaptisk transmission • Aktionspotentiale • Ca influx • Vesikel-exocytose og frisætning af neurotransmittere • Neurotransmittere vandrer over synapse spalten • Binder sig til postsynaptiske receptorer hvorved lokal effekt udløses

26. Men bemærk også! • Forekomst af neurotransmitter nedbrydende (inaktiverende) enzymer • Neurotransmitter re-uptake via specielle præsynaptiske pumper • Præsynaptisk re-syntese af neurotransmitter • Muligheden for at neurotransmitteren kan diffundere ud af synapse-spalten

27. Non-Synaptisk kemisk transmission • Alle nerveceller har receptorer som ligger udenfor synapserne • Disse kan påvirkes af neurotransmittere som er frisat direkte til ECV eller diffunderet ud af eksisterende synapsespalter • Denne transmissionsform er særligt udtalt for modulerende systemer

28. Non-Synaptisk kemisk transmission • Kan også finde sted til glia, kar, kirtel og muskelceller • Andre celler (især glia) kan ligeledes virke tilbage på nervecellerne

29. Synaptisk vs Non-Synaptisk transmission • Synaptisk transmission er hurtig, lokal og præcis • Non-synaptisk transmission er langsom, vidt udbredt og upræcis

30. Det dopaminerge system • Modulerende system • Nigrostriatal bane • Mesolimbisk bane • Hypothalamisk/ infundibular bane

31. Det dopaminerge system (DAMP/ADHD) • Hypotese: For lav dopaminerg aktivitet hvilket medfører at børnene medicinerer sig selv med dopamin-udløsende adfærd. • Ritalin øger mængden af dopamin hvilket hos disse børn minsker tendens til (forstyrrende) dopamin udløsende adfærd • Bivirkninger: hypertension, sveden, kraftig puls, ufrivillige bevægelser

32. Det noradrenerge system • Modulerende system • Af stor betydning for stemningslejet

33. Det noradrenerge system • + tricykliske antidepressiva, MAO-hæmmere, SNRI, amfetamin, ritalin og kokain.

34. Det serotonerge system • Modulerende system • Af betydning for stemningsleje og tankevirksomhed • Depression, OCD spiseforstyrrelserog misbrug/ludomani

35. Det serotonerge system • + SSRI´s, og SNRI´s samt MAO og COMT hæmmere