Az idegrendszer szomatomotoros működései
Élettan_Biol BSc, PTE 2016, Hernádi I.
BEVEZETÉS A kezdetek….
Charles Scott Sherrington English neurophysiologist, histologist, bacteriologist, and a pathologist, Nobel laureate (1932) and president of the Royal Society in the early 1920s.
John Eccles Australian neurophysiologist who won the 1963 Nobel Prize in Physiology or Medicine for his work on the synapse. He shared the prize with Andrew Huxley and Alan Lloyd Hodgkin..
Forrás: wikipedia
BEVEZETÉS – A mozgatóműködések összefoglalása hierarchikus szerveződés gerincvelő-agytörzs-agykéreg önállóan is működni képes szintek: alacsonyabb szinten akarattól független mozgások (reflexek - Sherrington) gradált válasz (frakcionálás elv) toborzás (recruitment) végső közös pálya elve (Sherrington) -alfa/gamma motoneuronok
mellérendelt szabályozó szintek: kisagy, bazális ganglionok szomatomotorosviszceromotoros műk. Forrás: Fonyó, 1999
1. Mozgásintegráció a gerincvelőben: reflexek
A vázizom szenzoros beidegzése Izomrostok: extrafusalis (munkavégz.) intrafusalis (szabályozás) Szenzoros készülékek: (visszacsatolás elve) izomorsó (hosszúság) ínorsó (erő)
Forrás: Rosenzweig, et al., 2005
Az izomorsó szerkezete és mechanikája
Forrás: Fonyó, 1999, 2011
Az izomorsó működése
Forrás: Fonyó, 2011
A szabályozás alapelve: reflexek Csoportosítás: Receptor-effektor elhelyezk.: proprioceptív (pl. miotatikus r.) exteroceptív (pl. flexor-r.) Szükséges szinapszisok száma: monoszinaptikus ( 1 db) di-, tri-, poli ~ (2, 3 v. sok) Integráció helye: gerincvelői (gv-i szegmensek) agytörzsi (agyidegek magjai)
FIGURE 7-3 General components of a reflex arc that functions as a negative-feedback control system. The response of the system has the effect of counteracting or eliminating the stimulus. This phenomenon of negative feedback is emphasized by the minus sign in the dashed feedback loop.
Forrás:http://www.78steps.com/body-function/reflexes.html
A proprioceptív reflex
Forrás: Csoknya és Hernádi, 2009
A proprioceptív reflex szabályozása: A gamma-hurok
Forrás: Csoknya és Hernádi, 2009
Forrás: Ádám és Fehér, 1993
A reflexív reciprok beidegzése
Forrás: Fonyó, 2011
A reflexív reciprok beidegzése, folyt.
Az ínreflex •Golgi-féle ínorsó (feszülés) •csak afferentáció
Az izomtónus visszacsatolásos szabályozása: öszefoglalás
Az izomtónus és visszacsatolásos szabályozása - morfológia
Az izomtónus és visszacsatolásos szabályozása – fiziológia Hand Dynamometer
Electromyograph
Gerincvelői reflexek 2. Exteroceptív reflexek - a felxorreflex •receptor: ált. bőr idegvégz. •afferentáció: II., III., vagy IV. (fájdalom, hő, nyomás, tapintás) •poliszinaptikus, ált. kétoldali •szerepe: veszélyforrástól eltávolító mozgás
Exteroceptív reflexek - flexor X extenzor reflex
Gerincvelői reflexek 3. Vegetatív reflexek - parietális
Gerincvelői reflexek 3. Vegetatív reflexek -viscerális
Vége az első résznek….
http://bayofstudy.blogspot.hu/2012/12/reflexes.html
2. Mozgásintegráció az agytörzsben
A helyzetérzékelő (vestibularis) rendszer
A vestibularis apparátus anatómája • sziklacsontban elh. labirintus • csontos/hártyás labirintus • perilympha/endolympha • mechano-elektromos transducerek Hártyás labyrinthus: • tömlőcske (utriculus) • zsákocska (sacculus) • 3x félkörös ívjárat (canalis semicircularis: lat, sup., inf.) ampullákkal • hártyás csiga (cochlea)
A vestibularis apparátus anatómája – foyt.
Mechanoelektromos transzdukció a szőrsejtekben
Az agytörzsi vesztibuláris magok
http://www.neuroanatomy.wisc.edu/virtualbrain/BrainStem/13VNAN.html
A testtartás agytörzsi szabályozása
nucl. vestibularis medialis és superior
nyakizmok tónusa külső szemizmok reflexes irányítása VOR (vestibulo-ocularis reflexek) agytörzsi magvaihoz juttatja (III.,IV.,VI.)
nucl. vestibularis inferior afferens ingerületek a vestibularis szervből összevetés a kisagyi téri információkkal továbbítás a felsőbb központok felé (agykéreg-tudatosodás?)
nucl. vestibularis lateralis (Deiters mag) tractus vestibulospinalis lateralis - és -motoneuronokra kapcsol a gerincvelőben: izomtónus beállítás (fokozás) az antigravitációs (extenzor) izmokon a Purkinje sejtek gátolják ->a gátlás sérülése= izomtónus fokozódás
formatio reticularis (híd) tractus reticulospinalis medialis hasonló a szerepe mint a Deiters magnak de: ívjáratokkal nincs kapcsolatban Deiters maggal együtt fokozzák az antigravitációs izmok tónusát axiális törzsizmok és végtag extenzorok serkentése
A testtartás agytörzsi szabályozása – folyt.: decerebrációs kísérletek
A mozgásintegráció szintjei és működésük
A mozgásintegráció szintjei és működésük
Forrás: Bálint, 1986
Forrás: Bálint, 1986
Dinamikus testtartási reflexek
Forrás: Bálint, 1986
A testtartás tanult szabályozása 1. visszacsatolt reakciók „feedback” a talapzat előre-hátra mozgatása 2. előreható reakciók „feed-forward” a talapzat felfelé billentése
"stabilométer"
A testtartás tanult szabályozása – folyt.
A: visszacsatolt reakciók
B: előreható reakciók Forrás: Bálint, 1986
Lokomóció: ritmusgenerátorok
Lokomóció: mozgásmintázat
Lokomóció: idegrendszeri szabályozás
Forrás: Grillner, Nat Rev Neuroscience, 2003.
Lokomóció: idegrendszeri szabályozás
Forrás: Grillner, Nat Rev Neuroscience, 2003.
Lokomóció: idegrendszeri szabályozás
Forrás: Grillner, Nat Rev Neuroscience, 2003.
3. Mozgásintegráció az előagyban és a kisagyban (A piramispálya és az „extrapiramidális” rendszer)
Főbb motoros területek az agykéregben - primer motoros area (Br. 4)
- premotoros/supplementer motoros areák (Br. 6) - FEF (Br.8) - parietalis motoros asszociációs áreák (Br. 5-7) -limbikus motoros területek (pre-SMA vagy CMA) Br. 23/24. Forrás: Kandel et al., 2000
A primer motoros kéreg -somatotopia (ingerelve: diszkrét izomösszehúzódás) -motoros humunculus (W. Penfield után)
A motoros homunculus
Forrás: Rosenzweig et al., 2005
A primer motoros area – Br 4 corticospinalis pálya felét adják az innen induló axonok átkereszteződnek a nyúltagyi piramisban többnyire monoszinaptikusan jutnak el az izmokig
A premotoros area/ supplementer motoros área – Br 6 emberben 6x-a arányaiban a mérete mint majomban ingerelve: mozgás, de nagyobb áramerősség mozgások előtt 800ms-al kiváltott potenciál regisztrálható az innen elvezetett EEG-ben MOZGÁSTERVEZÉS: összetett mozgásmintázatok sérülése (apraxia): ujját be tudja hajlítani de pl. fésülködni nem tud axonok: 1. cortikospinalis pálya; 2. primer mot. area összetett mozgási feladatok megoldásakor/tervezésekor nő a vérátáramlása (PET) sérülése után, összetett, két kezet igénylő, precíziós feladatok végzése sérül
Motoros potenciálok
Forrás: Cacioppo et al., 2000
A piramispálya és lefutása A piramis (corticospinális) pálya: axonok fele a Br4, másik fele a Br6 areából származik rostjai -motoneuronokon v. interneuronokon végződnek akaratlagos, gyors, pontos, nem betanult mozdulatok kivitelezése
Forrás: Rosenzweig et al., 2005
Mozgásvezérlés a primer motoros kéregben (Br4)
Forrás: Rosenzweig et al., 2005
Mozgásvezérlés a primer motoros kéregben (Br4) -folyt.
Forrás: Rosenzweig et al., 2005
Információfeldolgozás a szenzoros ‘input’-tól a motoros ‘output’-ig
Forrás: Rosenzweig et al., 2005
Az extrapiramidális rendszer magyarázó fogalom (nem valós) nem különíthető el élesen, mert sok az átfedés, sok átkapcsolás automatikus, elnagyolt, betanult mozgások kivitelezése
mellérendelő szabályozás
A kisagy - cerebellum
Forrás: Kandel et al., 2000
A kisagy filogenetikai tagozódása: 1. vestibulocerebellum: flocculus és nodulus (flocculonodularis r.) afferensek a félkörös ívjáratokból, az otholitszervből (átkapcsolás nélkül), és a vestibularis magvakból magja a kisagyon kívül a Deiters-magban van szerepe: szemmozgás-koordináció, fej reflexes mozgásai, egyensúly
Forrás: Kandel et al., 2000
2. spinocerebellum: vermis és az féltekék intermedier része afferensek a gerincvelőből szomatoszenzoros felszálló és interneuronális „leszálló” információk szerepe: kivitelezett mozg. összehasonlítása a tervezettekkel – korrekció sérülése esetén: törzsataxia, mozgáskordinációs zavar, izomtónus csökkenés
Forrás: Kandel et al., 2000
3. cerebrocerebellum (neocerebellum, hemispheriumok): a féltekék laterális része mozgások tanulása és a megtanult mozgások rögzülése tanult mozgások indítása agykéreggel (premotor)/ a nucl. ruberrel/ a thalamussal reciprok kapcsolat szerepe: mozgásmintázatok tanulása, elindítása, előrecsatolt szabályozás
Forrás: Kandel et al., 2000
3. cerebrocerebellum – folyt.: működése egysége a kisagyi modul serkentő bemenetek 1.moharost:-agytörzsből, gerincvelőből, interneuronokon keresztül 2.kúszórost:nyúltvelőből (oliva-mag), közvetlenül kapcsolódik Purkinje-sejthez kizárólagos gátló kimenet (Purkinje sejtek a mélymagok felé)
Forrás: Fonyó, 1999
A törzsdúcrendszer (bazális ganglionok) Részei: -corpus striatum (neostriatum): -n. caudatus + putamen -globus pallidus (pallidum, GP) -substantia nigra (SN) -subthalamicus mag (STN)
Forrás: Fonyó, 1999
A bazális ganglionok főbb működési sajátosságai
Forrás: Fonyó, 1999
A HUROKPÁLYÁK cortex -> bazális ganglionok -> thalamus -> cortex GLU: serkentő kapcsolat (üres nyilak) GABA: gátló kapcsolat (teli nyilak) DA: serkentő/gátló kapcs.
Forrás: Fonyó, 1999
A HUROKPÁLYÁK – folyt. A: közvetlen út: gátlásoldás, thalamus kimenete nyílik a kéreg felé -ha a thalamus nyílik a motoros kéreg aktiválható lesz: B: közvetett út: gátlás, a thalamus kimenete zárul a kéreg felé
agykéreg
agykéreg
+
Az extrapyramidalis rendszer lefutása
Az extrapyramidalis rendszer agytörzsi motoros magvai
Parallel információfeldolgozás a motoros rendszerben Előkészítés, elemzés
Végrehajtás
Parallel Information Processing in the Motor System
A motoros rendszer működési zavarai:
Az extrapyramidalis rendszer működési zavarai: hipokinézisek/hiperkinézisek Parkinson-kór: nigrostriatális dopaminpálya sérül: közvetlen út, thalamus nyitás sérül hipokinesis, akinesis: mozdulatok elindításának nehézsége 5Hz-es thalamicus eredetű tremor (remegés) kezelés: gyógyszeres (levodopa), thalamikus lézió, mélyagyi stimulátor elektród beépítése (DBS)
Huntington-kór (chorea, vitustánc): n. subthalamicus vagy neostriatum sérül: közvetett út, thalamus zárás sérül hiperkinesisek, túlmozgások akarattalan hirtelen mozdulatok (clonusok), rángások, dementia genetikailag öröklődő betegség kezelés: túlmozgások gyógyszeres k., neuroleptikumok, BDZ
Az extrapyramidalis rendszer működési zavarai: hipokinézisek/hiperkinézisek Hemiballismus: Egy végtag egyoldalú, nagy ívű, dobáló mozgása OK: ellenoldali mély STN, kis méretű infarktusa spontán megszűnhet
Disztóniák: Akaratlan gyors, fázisos mozgással valamelyik testrész kóros helyzetet vesz fel, ami nyugalomban is tartósan jelen van. Klasszifikáció: fix/mobil; primer/szekinder Ok: károsodás a cortico-bg-thalamo-corticalis hurokpályákban (pallidum stn) Kezelés:gyógyszeres + botulinum-toxin injektálás; mély agyi stimuláció (deep brain stimulation, DBS ( - szegmentális és generalizált disztóniák esetében); gyógytorna.
Kisagykárosodás okozta kórképek: Vestibulocerebellum károsodás: egyensúlyvesztés, nistagmus Spinocerebellum: törzsataxia, részeg járás Neocerebellum: aszinergia (koordináció hiánya), dysmeria, dysdiadochokinesis (gyorsan váltakozó mozgások zavara), intenciós tremor, rebound fenomén
*Ingerléses módszerek – TMS, tDCS
• •
TMS (transcranialis mágneses stimuláció) tDCS (transcranialis egyenáramú stimuláció)
•
rézgyűrűben keltett átmeneti mágneses tér elektromos feszültséget kelt – TMS, rTMS <10Hz direkt anódális-katódális ingerlés -tDCS
• •
TMS hatásmechanizmus: - serkentő és gátló kérgi neuronok ingerlése - lokális és/vagy transferhatás - szinaptikus potenciáló hatások – tanulás - neurotranszmitterek felszababítása
•
TMS Ingerlések: - motoros rendszer ingerlése: izomkontrakciók - látórendszer ingerlése: V1 – foszfének - V5: mozgáspercepciót rontó hatás
•
TMS Virtuális léziós technika: - információfeldolgozás átmeneti kiiktatása - betűfelismerési feladat, TMS, scotomák - 60-140 ms időablak, funkcióromlás
•
Terápiás lehetőségek - rehabilitáció
*Kiegészítő anyag
*TMS és a virtuális léziók
*Kiegészítő anyag
http://www.youtube.com/watch?v=gp8KnAHkwdo
*NeuroStar TMS Therapy System
Treatment Coil Head Support Unit
Touch screen
Mobile Console Treatment Chair
NeuroStar TMS Therapy System User Manual. Neuronetics, Inc: Malvern, PA; 2008.
*Kiegészítő anyag
*A TMS hatása az agyi aktivitásra • Akut hatások:
• Elektromos áram indukálása • Neuronok depolarizációsa a superficiális (felszíni) kérgi rétegekben • Lokális ‘transz-szinaptikus változások a kéregben • Agyi monoamin (dopamin, noradrenalis, szerotonin) szintek megváltozása • Neurotrophin-gének indukciója (pl. BDNF) • A DL-PFC stimulációja mélyebb kérgi régiók ativitását is módosíthatja (pl. anterior cingularis cortex, ACC) *Kiegészítő anyag
*TMS terápia hatása a plaszticitásra
http://www.biopsychology.com/6e/step1905.html
*Kiegészítő anyag
*Ingerléses módszerek – mélyagyi stimuláció (DBS) •
DBS (deep brain stimulation)
•
Technika: - neurológiai diagnózis - sztereotaxikus MR atlasz készítése - krónikus rétegelektród-párok agyi struktúrákba juttatása idegsebészeti módszerekkel; - ingerlési paraméterek beállítása; - utánkövetés Hatásmechanizmus: - serkentés és gátlás létrehozása a kívánt területen - lokális hatás; Terápiás lehetőségek - kórosan ingerlékeny területek gátlása (pl. Parkinson-kór) - kórosan alulműködő területek ingerlése (pl. koma, depresszió)
•
•
•
Érdekes videólippek: http://www.youtube.com/watch?v=WW-SWAnphFU http://www.youtube.com/watch?v=M_fjiEOb40M https://www.youtube.com/watch?v=Uohp7luuwJI
*Kiegészítő anyag
Köszönöm a figyelmet!