Az idegrendszer felépítése és működése Szerk.: Vizkievicz András
Az idegszövet Az idegszövet tartalmaz: • nyúlványos idegsejteket, neuronokat, • gliasejteket. A neuronok A neuronok ingerlékeny sejtek, amelyek ingerfelvételre és idegi ingerületek vezetésére specializálódtak. Egymagvú nyúlványos sejtek, számuk emberben hozzávetőleg 100 milliárd. A neuronok részei: • sejttest, amely a magot, ill. a sejtszervecskék zömét tartalmazza, • dendritek, rövidebb, elágazó nyúlványok, amelyek nagy számban fordulhatnak elő, • axon, vagy tengelyfonal, a hosszú főnyúlvány, amely gyakran elágazik.
A sejttest Tartalmaz: • sejtmagot, • mitokondriumokat, melyek energiaigényét, • DER-t, Golgi-készüléket.
kielégítik
a
neuronok
nagy
A fenti alkotórészekből következően igen intenzív fehérjeképzés folyik az idegsejtekben. Nincs azonban sejtközpont, tehát osztódni nem képesek. Az idegsejtek végleges száma már a születés környékén kialakul. A későbbi méretnövekedés a nyúlványok növekedéséből, bonyolódásából, és az axonhüvelyek kialakulásából adódik.
1
A dendritek Felépítésük megegyezik a sejttestével, ezért plazmanyúlványoknak is tekinthetjük őket. Hosszuk néhány mikrontól akár 2-3 mm-ig is terjedhet. Számuk elérheti a 100 000-et egyetlen sejten.
Rendkívül elágazók. Felületükön kiemelkedések, ún. tövisek lehetnek. Feladatuk a sejt felszínének a növelése, így az idegsejtek közötti kapcsolódásokban – a szinapszisokban - játszanak szerepet.
Az axon Sejtenként max. egy fordul elő. Hossza emberben elérheti az 1 m-t (piramis sejtek). Az axon eredését a sejttesten axondombnak, végelágazódását végfácskának (végbunkó) nevezzük. A végfácska rendkívül elágazó, akár több száz végződésből is állhat, amelyek a sejtek közötti kapcsolódásban - szinapszis - rendkívüli jelentőségűek. Az axonok elágazhatnak, axonkollaterálist képezve. Az idegsejtek típusai Nyúlványaik száma alapján lehetnek: • Egynyúlványú sejtek egyetlen axonnal, pl. a retinában, gerinctelenekben. • Pszeudounipoláris sejtek a gerincvelő csigolyaközti dúcaiban. • Kétnyúlványú, bipoláris sejtek egy axonnal és egy dentrittel, pl. szintén a retinában, ill. csigában. • Soknyúlványú, multipoláris sejtek, egy axonnal és több dendrittel, ilyen a legtöbb idegsejt. Az idegsejteket nemcsak alakjuk, hanem feladatuk alapján is csoportosíthatjuk: • Érző (szenzoros) bipoláris idegsejtek, amelyek a receptoroktól a központ felé továbbítják az ingerületet, mindig a környéki idegrendszerhez tartoznak – retinában, csigában, a csigolyaközti dúcokban (pszeudouniporáris sejtek). • Mozgató (motoros) multipoláris idegsejtek, amelyek a végrehajtószerv (izmok, mirigyek) felé közvetítik a központok utasításait. • Köztes (asszociációs) idegsejtek, amelyek összekapcsolják az érző és a mozgató idegsejteket (interneuronok). A legtöbb idegsejtünk ilyen.
2
A szinapszis Szinapszisoknak nevezzük az idegsejtek kapcsolódásait más idegsejtekkel, izom-, ill. mirigysejtekkel, a neuro-kommunikáció helyei. Az ember idegrendszerében 1014-1015 számú szinapszis valószínű. A kisagy egyetlen Purkinje sejtje akár 200 000 szinapszist képezhet. Ismertek kémiai és elektromos szinapszisok. A kémiai szinapszis Ingerületátvivő anyagok, neurotranszmitterek közvetítik az ingerületet egyik sejtről a másikra. Pre- (axonvég) és posztszinaptikus (sejttest) membrán módosulatok alkotják. A kettő között szinaptikus rés, mérete 30-50 nm. Neurotranszmitterek szinaptikus hólyagokban tárolódnak, exocitózissal ürülnek. Az átvitel egyirányú, mivel a szinaptikus hólyagok csak a szinapszis előtti sejtvégződésben keletkeznek. Vannak serkentő és gátló szinapszisok, az átvivő anyag típusától és a receptorfehérje fajtájától függően. A preszinaptikus idegsejt aktivitása – ingerületi állapota – során a szinaptikus hólyagok tartalma exocitózissal a szinaptikus résbe ürül. A szinaptikus résben az ingerületátvivő anyag diffúzióval jut el a posztszinaptikus membránig, ott megkötődik specifikus fehérje receptorokon. A receptorok ioncsatornák, amelyek különféle ionok, o a gátló szinapszisokban Cl-, ill. K+, o a serkentő szinapszisokban Na+ beáramlását teszik lehetővé a sejtbe. A beáramló ionok megváltoztatják a sejthártya töltésviszonyait (membránpotenciálját), egyúttal a sejt aktivitását. Neurotranszmitterek lehetnek aminosavak, aminosav származékok, peptidek: acetilkolin, dopamin, adrenalin, noradrenalin, gamma-amino-vajsav (GABA), glicin amelyek gátló átvivőanyagok. A kiürült átvivőanyagok hatásukat rövid ideig fejtik ki, mivel • részben enzimek bontják le, • részben kimosódnak, ill. • visszakerülnek aktív transzporttal a preszinapszisba.
3
A drogok nagy része a szinapszisok működésének befolyásolásával fejti ki a hatását. A gyorsító drogok gátolják az átvivőanyagok visszavételét, (kokain) lebomlását, ill. serkentik az ürülésüket, (amfetamin a noradrenalinét). A lassító drogok, nyugtatók gátolják a transzmitterek ürülését (opiátok: morfin és tsai). Az idegmérgek egy csoportja a szinapszisok működését befolyásolja. Ilyen pl. a curare, amely dél-amerikai indiánok nyílmérge, mely különböző fák kérgéből készül. A curare az izmok acetilkolin receptoraihoz kapcsolódva megakadályozza az ideg-izom szinapszis működését, így az izom mozgásképtelenné válik. Fájdalom és fájdalomcsillapítás A fájdalom definíció szerint „kellemetlen érzékelési és emocionális élmény, melyet ártalmas ingerek fejtenek ki mechanikus, vegyi vagy hő általi kárnak, stressz hatásnak kitett szövetek idegvégződéseinél. Az ilyen veszélyt jelző üzenetek idegpályák útján jutnak el a központi idegrendszerig, ahol az ingerek természetük és intenzitásuk alapján prioritási sorrendbe kerülnek, s ezután hatnak a tudatos elmére.” (Webster 1994)
A fájdalom érzékelése szubjektív, pszichés tényezők által meghatározott, amelyet befolyásol az egyén érzelmi állapota és korábbi tapasztalatai. A fájdalomérzet szöveti károsodásokkal járó sérülések esetén alakul ki a nagyagykéreg fali lebenyében. A fájdalom elengedhetetlen az életben maradás szempontjából, hiánya halálhoz vezet, mivel kiesnek azok a mechanizmusok, melyek megvédik a szervezetet a káros hatásoktól. A sérült szövetekből különféle anyagok (K+ a sérült sejtekből, szerotonin a trombocitákból, hisztamin, bradykinin a hízósejtekből, stb.) szabadulnak fel, melyek ingerlik a fájdalomérző receptorokat. A receptorok csupasz idegvégződések, mechanikai, termikus, kémiai hatásokra aktiválódnak. Megtalálhatók szinte mindenhol, bőrben, izmokban, csonthártyában, bélrendszerben, agyburkokban, ugyanakkor az agyszövetből hiányoznak. A fájdalom lehet: • gyors, azonnali, szúrós, éles fájdalom, • lassú, égető, tompa fájdalom. Továbbá a fájdalom lehet: • Nociceptív A nociceptív fájdalmat a test szöveteinek sérülése okozza, ami lehet vágott seb, csonttörés, nyomás okozta roncsolódás, égés, illetve bármi, ami szövetkárosodással jár. Ez a fájdalom jellegzetesen sajgó, éles, esetenként lüktető. A fájdalmak többsége ebbe a kategóriába tartozik. • Neuropátiás A neuropátiás fájdalmat az idegek, a gerincvelő vagy az agy kóros folyamatai okozzák. A neuropátiás fájdalom rendszerint égető, bizsergő érzésként jelentkezik, hosszantartó krónikus fájdalom. A neuropátiás fájdalom tünetei az idegi sérülés következtében kialakuló kóros idegrendszeri aktivitásfokozódással magyarázható.
4
•
Pszihogén
A pszichogén fájdalmat teljesen vagy döntő részben pszichológiai rendellenességek váltják ki. A fájdalom csillapítását többféle természetes mechanizmus biztosítja: • a gátló interneuronok a gerincvelő hátsó szarvában megakadályozzák az ingerület továbbterjedését, • a központi idegrendszeri neurotranszmitterek, az ún. endogén ópioidok (béta-endorfin, enkefalinok), melyek saját membrán-receptoraikhoz kötődve gátolják az idegsejtek aktivitását (hiperpolarizálnak), miáltal csökkentik a fájdalomérzet kialakulását. A fájdalom csillapítására többféle lehetőség van. 1. Opiátok A leggyakrabban használt opiátok a morfin, pethidin, fentanyl, sufentanyl, tramadol. A morfin és származékai a központi idegrendszer neuronjainak specifikus receptorain hatnak, gátolják a neurotranszmitterek felszabadulását, fokozzák az idegsejtek gátlását. 2. Nem-szteroid gyulladásgátlók A gyulladás során többek között ciklooxigenaz enzim (COX-1 és COX-2) szabadul fel, melynek hatására másokkal együtt prosztaglandinok jönnek létre, amelyek fokozzák a fájdalomérzékelő receptorok érzékenységét (ezenkívül, kialakítják a más vegyületekkel együtt – hisztamin - gyulladás jellegzetes tüneteit: vérbőség, ödéma, helyi hőmérsékletemelkedés, fájdalom). E hatástani csoportba tartozó gyógyszerek gátolják a ciklooxigenázenzim működését, így a prosztaglandinok felszabadulását, miáltal gátolják a láz, fájdalom és a gyulladásos reakciókat. Ilyen az aspirin, ibuprofen (algoflex), paracetamol (panadol). 3. Helyi érzéstelenítők adása Pl. a lidocain hatására gátlódik a sejtmembránon át a gyors nátriumion beáramlás, miáltal az akciós potenciál kialakulása és tovaterjedése is gátlódik. 4. Masszázs alkalmazása. 5. Relaxáció, izomlazítás, figyelemelvonás stb. 6. Fájdalmas testrész hűtése (borogatás, mentolos, alkoholos oldatokkal). Szabályok a fájdalomcsillapításban. Az Egészségügyi Világszervezet (WHO) 1992-ben meghatározta a fájdalomcsillapítás alapelveit. A legfontosabb a lépcsőzetesség elve. • A gyógyszereket pontos időben, szükség szerint kell bevenni! • Mindig a leggyengébb, de még hatásos fájdalomcsillapítót kell adni. • Ha az adott fájdalomcsillapító nem hatásos, jelezni kell a kezelőorvosnak. • A fájdalomcsillapítókat lehetőleg szájon keresztül kell szedni, így a beteg megőrizheti mozgásszabadságát, függetlenségét.
5
Neuroglia jellemzői, funkciói Az idegrendszer „kötő- és támasztószövete”, a gliasejtek biztosítják a neuronok működéséhez szükséges feltételeket. Számuk kb. 10 x-es mennyiségben haladja meg az idegsejtekét. Életünk végéig osztódóképesek. Tápanyagokat közvetítenek a vér és a neuronok között, létrehozzák az agy-vér gátat. Biztosítják az idegszövet kémiai védelmét (vér-liquor gát). Az extracelluláris tér összetételét szabályozzák, biztosítják az idegszövet homeosztázisát, táplálják a neuronokat. Elektromos szigetelést biztosítanak az axonok körül, gyorsítják az ingerületvezetést. Degenerált neuronokat, kórokozókat eltávolítják, majd kitöltik a megüresedett tereket.
Velőshüvely képződés, myelinizáció, szigetelés Egyes gliasejtek még az embrionális fejlődés során az axonok körül többször feltekeredve akár 40 rétegű szigetelést hoznak létre (myelinizáció). Az idegrostok elektromos szigetelését biztosító, lemezes szerkezetű velőshüvely anyaga a myelin. Az így létrejött velőshüvelyes axon az idegrost. A gliasejtek nem képeznek folytonosságot, a közöttük található rések a Ranvier-féle befűződések. Az idegrostok vezetési sebessége 100 m/s, míg a csupasz axonoké csak 1 m/s körül van. Az idegsejtek velőshüvelyének kóros lebomlása, pusztulása áll a sclerozis multiplex hátterében. A sclerosis multiplex autoimmun betegség. A gyulladás – immunreakció elsősorban központi idegrendszeri idegrostokat szigetelő sejteket pusztítja, aminek következtében kezdetben az ingerület vezetése romlik, a későbbiekben azonban maga az idegrost is károsodik, ami a sejt pusztulásához vezet. A betegség kiváltója feltehetően egy közönséges vírusfertőzés, ami kóros, folyamatos immunválaszt vált ki. Hogy miért jön létre a kóros immunválasz, nem ismert, hajlamosító tényezők szerepét feltételezik. A betegség ma még gyógyíthatatlan.
6
A tünetek, attól függően, hogy a gyulladásos góc az idegrendszernek épp melyik részét érinti, nagyon különbözőek lehetnek. A legfontosabb tünetek: • látászavar, kettőslátás, • egyensúlyvesztés, bizonytalan járás, szédülés, a végtagokkal végzett mozgások ügyetlensége, a lábak gyengesége, • a beszéd lelassul, érthetetlenné válik, megváltozik a ritmusa, beszéd közben nyelési nehézségek jelentkeznek, • változó eloszlású zsibbadás (főleg, ha a törzs is érintett), • vizelet indítási vagy tartási zavara.
Elemi idegjelenségek Membránpotenciál Minden élő sejtre jellemző, hogy a sejthártya két oldalán a sejten belüli tér (ICF) és a sejten kívüli tér (ECF) között potenciálkülönbség van, azaz feszültség mérhető. Ezt membránpotenciálnak nevezzük, értéke 20 és 100 mV közé esik. A sejthártya két oldalán a különböző töltéssel rendelkező részecskék megoszlása eltérő. A feszültséget a sejt belsejébe és a sejten kívüli térbe helyezett mikroelektródák között mérhetjük mV-ban. A sejtek nyugalmi állapotában (hatásoktól mentesen) a nyugalmi potenciál mérhető, melynek értéke idegsejteknél átlagosan – 70 mV (-50 és -90 mV). A sejten belüli tér jellemzői: • nem diffundáló, nagyméretű anionokat tartalmaz, pl. fehérjéket, RNSeket, • magas a K+ koncentráció, • alacsony a Na+ koncentráció. A sejten kívüli tér jellemzői: • magas a Na+ koncentráció, • alacsony a K+ koncentráció.
Az ICF-ban található elektród negatív potenciálú az ECF-ban lévő elektródhoz képest, ezért a membránpotenciál értékét negatív előjellel vesszük (megállapodás alapján).
7
A hatásoktól mentes sejt membránpotenciálja a nyugalmi potenciál. Idegsejtekben – 50 és – 90 mV között. A membránpotenciál értéke változhat, ez különösen fontos idegsejtek és izomsejtek esetén. • Hipopolarizáció, ha a membránpotenciál értéke csökken (pl. - 50mV). • Depolarizáció, ha a membrán polarizációja megszűnik. • Hiperpolarizáció, ha a membránpotenciál értéke nő, gátló szinapszisokban, ahol a potenciálváltozást a K+ kiáramlása, ill. a Cl- beáramlása okozza (- 100 mV). A membránpotenciált az egyenlőtlen ioneloszlás hozza létre. Megváltozását az ionáramok megváltozása okozza. Mindkét folyamatot a membránban elhelyezkedő ioncsatornák és ionpumpák eredményezik. Na+-K+-pumpa (ATP-áz, azaz ATP bontó enzim) Minden állati sejtben megtalálható, aktív transzporttal 1 ATP hidrolízise mellett 3 Na+-t juttat ki és 2 K+-t visz be a sejtbe. A sejt ATP készletének 30 %-át használja el. Eltávolítja a sejt belsejéből az enzimműködést gátló Na+-t. Nyugalomban a sejtek Na+ és K+ készletei állandóak (nem fogynak el a Na+ ionok), mivel a sejthártyában található ún. szivárgási csatornákon keresztül a sejt folyamatosan K+-t veszít és Na+-t vesz fel diffúzióval. Többféle csatorna ismert, vannak ligand- és feszültségfüggő csatornák. A nyugalmi potenciál megváltozhat: •
Endogén módon a sejtek anyagcseréjének változása okán. Ilyenkor külső inger hiányában is megváltozik az ionáramok erőssége. Ezek az oszcilláló membránpotenciálú sejtek automatikus működésűek, endogén ritmusúak, pl: szívizomsejtek (színuszcsomó), egyes idegsejtek, simaizomsejtek. Ezeknek a sejteknek a működése az alapja a biológiai időmérésnek, a biológiai órák működésének (pl. a szív egy perc alatt 72szer húzódik össze). • A nyugalmi potenciál megváltozhat külső inger hatására is.
Inger: külső, belső környezeti hatások, amelyek megváltoztatják egyes sejtek működését, anyagcseréjét. Ingerület: inger hatására bekövetkező anyagcsere-változás (membránpotenciál változás). Ingerküszöb: az a legkisebb inger – potenciálváltozás -, amely kiváltja az akciós potenciált. Receptor: olyan sejt vagy idegvégződés, mely különféle ingereket képes felfogni azáltal, hogy a környezeti hatások ingerületi folyamatokat, potenciálváltozást eredményeznek működésében.
8
Adekvát inger az az inger, mellyel szemben a receptornak legkisebb az ingerküszöbe, ennek megfelelően megkülönböztetünk mechano-, foto-, termo-, kemoreceptorokat. Akciós potenciál Idegsejtek, izomrostok, izomsejtek, egyes mirigysejtek inger hatására ingerületi állapotba kerülhetnek, azaz képesek a nyugalmi potenciáljuk gyors megváltoztatására és helyreállítására. Szakaszai a nyugalmi potenciált követően: •
Depolarizáció (Na+ vagy/és Ca2+ beáramlás)
•
Csúcspotenciál (túllövés)
•
Repolarizáció (K+ kiáramlás)
•
Hiperpolarizáció (K+ kiáramlás)
A folyamatok összessége az akciós potenciál (1-5 ms-ig). • Y tengely: membránpotenciál értéke mV-ban. • X tengely: idő ms-ban mérve.
Az akciós potenciál lezajlása • • • • • • • • •
Inger: a serkentő neurotranszmitter megkötődik a fogadósejt fehérje receptorain. A receptorok ún. ligand-függő Na+ - csatornák, melyek a kötődés hatására megnyílnak. Az ECF felől Na+-ok passzív transzporttal áramolnak be a sejtbe. A membrán depolarizálódik, a passzív transzporttal beömlő Na+ átmenetileg + töltésűvé változtatják a membrán belső felszínét (+30mV értékű csúcspotenciál). Ezt követően feszültségfüggő K+-csatornák nyílnak meg, K+ ionok tömegesen ömlenek diffúzióval az ECF felé, így a membrán repolarizálódik. Mivel nagy mennyiségű + ion (K+) hagyja el a sejtet, ill. kis mennyiségű Cl- is beáramlik a sejtbe, a membrán hiperpolarizálódik. A nyugalmi potenciálnak megfelelő ioneloszlást és az ennek megfelelő potenciálértéket a Na+-K+- pumpa állítja helyre. A folyamat rendkívül gyors, kb. 3-4 ms múlva a nyugalmi potenciál az adott membrán szakaszon helyreáll. Az inger erősségét az idegsejt a csúcspotenciálok sorozatának szaporaságában/frekvenciájában kódolja.
9
Minden vagy semmi törvénye Amennyiben egy inger erőssége eléri az ingerküszöb értékét, a kialakuló akciós potenciál értéke maximális, amplitúdója tovább nem fokozható (minden). Az erősebb ingerek nem az akciós potenciál amplitúdóját, hanem a frekvenciáját növelik (frekvenciakód). Azonban, ha a inger nagysága nem éri el az ingerküszöb értéket, nem alakul ki akciós potenciál (semmi). A serkentő szinapszisok Na+-csatornákat nyitnak meg, a gátló szinapszisok Cl--csatornák, ill. K+-csatornák megnyitása révén hiperpolarizálják a membránt. Ingerületvezetés Az ingerület a keletkezési helyétől minden irányba szétterjed a membránon. Sebessége néhány cm/s - 120 m/s-ig terjedhet.
Az idegrostok esetén a depolarizáció csak a gliasejtek közötti ún. befűződésekben jöhet létre, így az ingerület az idegroston ugrálva terjed (saltatorikus vezetés), ami sokkal gyorsabb ingerületvezetés tesz lehetővé.
10
