Perifere nervesystem, motorikk og reflekser for Ib Bilder fra Ganong W, Medical physiology, Kandel E, Principles of neural science etc (ts 2015) Læringsmål 7.1.1 gjøre rede for membranpotensial og aksjonspotensial, samt forklare hvorfor nerveledningshastigheten varierer mellom ulike typer fibre 7.1.2 gjøre rede for sensoriske reseptorer, monosynaptiske refleksbuer, nevromuskulær transmisjon og for muskelkontraksjonens fysiologi 1
Hva er nevrofysiologi Basal nevrofysiologi / nevrobiologi Rotter, zebrafisk ++, cellekulturer, organer Bok (Brodal, Sentralnervesystemet 5te utg. Purves, Neuroscience 5th ed. Bear, Neuroscience 3rd ed; Kandel Principles of Neural Science 5th ed) Mer i Ic Klinisk nevrofysiologi (KNF) Medisinsk hovedspesialitet i Norge Avdeling for nevrologi og klinisk nevrofysiologi Diagnostikk (St.Olav) og forskning (INM) på mennesker Friske og syke Mer i IIa Forskerlinje KNF NTNU Navigert transkraniell magnetstimulering av motorisk korteks (ntms), EEG, fremkalt respons fra CNS Signalbehandling, elektronikk, fysikk, statistikk Migrene Smerter Søvn Nevropati Epilepsi Psykiatri NTNU/fotograf Geir Mogen 2
Temaserie TDNLF 2013 Nerveceller (nevroner) Cellelegeme axon dendritt synapser Aksjonspotensialet er en elektrisk endring i membranpotensialet som formidler informasjon Schwannske støtteceller med myelin rundt axonet uten myelin rundt axonet Myelinisering øker nerveledningshastigheten 3
4
Motorisk nevron Aksjonspotensialet starter her Sensorisk nevron Vibrasjon/trykk Aksjonspotensialet starter her 5
Viktige nevronale elementer Peroxisome: detoksifisering Giant axonal neuropathy (GAN), autosomal recessive neurodegenerative disorder of early onset, progressive, characteristic giant axons, neurofilaments, on nerve biopsy. defective protein, gigaxonin, mutations in the gigaxonin gene 6
Signalformidling i nervesystemet Reseptorpotensial (=generatorpotensial) Aksjonspotensial Synaptisk transmisjon Synapsepotensial Depolarisering til terskel Spenningsavhengig Na + -kanal åpnes Inaktivering av Nakanal K + -kanaler åpnes: Hyperpolarisering Refraktærperiode Aksjonspotensial 7
Sensorisk nevron og motorisk nevron kan danne en refleksbue Eksempel på divergens og konvergens i reflekssenteret (i CNS) Internevroner 8
Perifere nerver Ulike typer perifere nerver: Sympatisk nerve styrer blodtilførsel Motornevron styrer skjelettmuskel. Smertefiber uten myelin og mekanoreseptor med myelin, fra huden 9
Tverrsnitt gjennom perifer nerve Sensoriske og motoriske fasikler 10
Medulla spinalis Alfa-motornevroner (cellelegemet=soma) ligger i forhornet i ryggmargens grå substans Sensoriske nevroner ligger i dorsalt rotganglion utenfor medulla inne i spinalkanalen: De har både perifert og sentralt axon Medulla Spinalis Alfa motornevron Sensorisk nevron 11
Medulla spinalis (8 cervikale, 12 thorakale, 5 lumbale og 5 sakrale nerverøtter) Dermatomer (viktig i klinisk nevrologi) 12
Sensoriske reseptorer og nevroner 13
Terskel og fyringsfrekvens Stimulusstyrke er proporsjonalt med reseptorpotensial og aksjonspotensialfrekvens 14
Oppsummering av sanseprosessen Respeptorpotensial (RP) utløser aksjonspotensial (AP) hvis terskelverdien overskrides. Transmitterfrigjøring avhenger av AP-fyringsfrekvens Transmitterfrigjøring er en forutsetning for at informasjonen ledes videre til sensorisk hjernebark (bevisstgjøres). Fiber nr. Ia Ib To klassifikasjonssystemer for sensoriske nevroner Muskelspindel (annulospiral) Golgi senespole Fiber type A A II Trykk, berøring A, A III IV Smerte, kulde, (berøring) Smerte, varme A C 15
Sensoriske nervefibertyper: ledningshastighet og myelinisernig Store Middels Muskel nerve Myeliniserte fibre I II Hud nerve A A Fiber diam ( m) 13-20 6-12 Ledn.hast. (m/s) 50-120* 30-75 Små III A 1-5 5-30 Ikke-myeliniserte fibre IV C 0.2-1.5 0.5-2 * 40-80 m/s hos oss mennesker Kutane reseptorer 16
To typer sensoriske hudreseptorer har ulik sensitivitet ved ulik svingefrekvens for vibrasjon (Meissner og Pacini-legemer) Somatiske reseptor-typer 17
Reseptorer kan inndeles etter type adaptasjon: Rask eller langsom Reseptoriske felt: flere primærnevroner konvergerer (generelt prinsipp for sanseceller) Sekundært nevron i CNS 18
To-punkts diskriminering: Mest følsom i fingre og ansikt Sentrale sensoriske baner: spinothalamisk (anterolateralt) smerte og temperatursystem, bakstreng (vibrasjon og balanse) Vibrasjon Balanse Smerte temperatur 19
Motoriske nevroner, strekkerefleks og muskelkontraksjon Ansikt og hånd har størst område i motorisk cortex Motorisk bark Sensorisk bark 20
To kortikospinale baner Lateral= pyramidebanen styrer finere fingerbevegelser Unormal refleks ved sentral parese Motornevronet ligger i forhornet og mottar svært mange synaptiske forbindelser 1 Dendritt, 2 akson-tilhefting 2 Nucleus, 4 aksodendritisk synapse, 5 akso-somatisk synapse 6 myelinskjeden 21
Motoriske og sympatiske nervefibertyper A A B C Motorneuroner Motorisk til muskelspindel Preganglionær autonom (S og NS) Postganglionær sympatisk (S) (70-120 m/s) 40-80 m/s* (myelin) 15-30 m/s (myelin) 3-15 m/s (myelin) 0.5-2 m/s Data fra forsøksdyr. *Homo sapiens Motorisk enhet 22
Stor og liten motorisk enhet har forskjellig størrelse på cellekroppen Liten, langsom motorisk enhet rekrutteres først Innervasjonsratio: antall muskelfibre per motorisk enhet Små enheter: finkontroll Store enheter: Kraft 23
Muskelspole er lengdemåler i musklene Intrafusale muskel fibre: 2 typer (bag og chain) Muskelspole er parallellkoblet med vanlige tverrstripete muskelfibre Afferente nevroner fra sene (Ib) og muskelspole (Ia,II) Efferente nevroner til muskel ( ) og muskelspole ( ) 24
Muskelspolen inneholder vanligvis to bag og fire chain fibre Muskelspolen som lengdemåler: alfagamma koaktivering Strekk øker Ia-aksjonspotensial frekvens Kontraksjon reduserer Ia aksjonspotensiale frekvens Gamma-aktivering kontraherer intrafusale fibre: Ia aksjonspotensialer opprettholdes under aktiv kontraksjon. 25
Muskelspole (=muskelspindel) og senespole (=Golgi-organ) Senespolens struktur: Sensoriske aksoner klemmes mellom kollagenfibre ved økt tensjon (drag) Senespolen er musklenes kraftmålere 26
Refleksene og interneuroner i medulla spinalis Monosynaptiske Polysynaptiske Reflekser Reflekser og sentrale motoriske program samspiller i å forme (kompliserte) bevegelser Reflekser adapteres til ulike oppgaver Reflekser brukes i klinisk nevrologi og nevrofysiologi for å finne hvor i nervesystemet skaden er lokalisert 27
Strekkerefleksen Afferent Efferent Den monosynaptiske strekkerefleksen er viktig i nevrologisk diagnostikk Antagonist hemmes Refleksbuen Strekk øker Ia aktivitet Reflektorisk muskelkontraksjon 28
Ia inhibitorisk interneuron: antagonisten hemmes Renshawcellen utøver rekurrent inhibisjon (feed forward inhibition) 29
Resiprok inhibisjon er nødvendig under bevegelse Ib inhibitorisk interneuron hemmer motornevron og forhindrer for sterk kraftutfoldelse. Impulser fra seneog ledd-reseptorer påvirker finmotorikk 30
Effekten av Ib aktivitet kan være ulik i hvile og under gange Kokontraksjon er nødvendig når et ledd skal stabiliseres 31
Fleksorrefleksen: Avvergerrespons ved smerte Slutt Tilleggsinformasjon for spesielt interesserte følger 32
Nevromuskulær transmisjon Motorisk endeplate (Neuromuscular junction, motor end plate) 33
Nevromuskulær transmisjon 5-10 000 acetylcholin-molekyler per vesikkel ca 10 000 vesikler i hver terminal ca 1000 vesikler nær presynaptisk membran ca 60-100 vesikler frigjøres per nerveimpuls ACh-reseptorens 5 enheter ( ) Hver enhet har 4 membrangjennomganger 34
ACh bindes til transmitter-styrt ionekanal Multiple EPP påvirker spenningsstyrt kanal Resultat: Muskelcelle-aksjonspotensial (AP) som er selv-regenererende ACh bindes til transmitter-styrt ionekanal Multiple EPP påvirker spenningsstyrt kanal (2) Resultat: Muskelcelleaksjonspotensial (AP) 35
Repetisjon om neuromuskulær transmisjon: Acetylcholin frigjøres og bindes til reseptor : Muskelcelle-aksjonspotensial Sykdom: Strukturforandring ved synapsen (Myasthenia gravis) Antistoffer skader Ach-reseptor Lavere endeplatepotensial 36
Normal sikkerhetsmargin ( safety factor ) blir redusert ved myasthenia gravis (MG): forklarer trettbarhet og dekrement Endeplatepotensial i muskelcelle varierer med mengden transmitter Muskelcelle aksjonspotensial MG-sf Færre potensialer og mindre kraft ved MG Repetitiv nerve stimulering er en klinisk nevrofysiologisk (KNF) - undersøkelse: Unormalt dekrement ved myasthenia gravis Mest transmitter ved første stimulering hos alle: Etter hvert mer blokkering(færre muskel-aksjonspotensialer) og mindre kraft ved MG fordi «safety factor» er lav. 37
Muskelkontraksjonens fysiologi Calcium lagres i sarcoplasmatisk retikulum. Calcium frigjøres når aksjonspotensialet brer seg ned transverse tubuli. Muskelcellestruktur 38
Aksjonspotensialer i tubuli aktiverer to reseptorer (R): Dihydropyridin-R og Ryanidin-R (Ca 2+ - frigjøringskanalen Sarcolipin er regulator protein for Ca 2+ pumpen Triadin sikrer høy Ca 2+ konsentrasjon Calmodulin modulerer RyR (Ca-kons.avh.) Kanaldefekter gir sykdommer Muskelkontraksjon skyldes parallellforskyvning av myosin i forhold til actin (når Calcium frigjøres fra SR) 39
Elektrisk respons (mv) og mekanisk respons (T=tensjon) i muskel Ett elektrisk stimulus ved tid=0 ms Mekanisk respons er litt forsinket Muskelkraft (tensjon) øker med stimulusfrekvensen 40
Kraft og utholdenhet i langsom (S) og de to raske (FR, FF) muskelfibertyper Muskelkontraksjons fysiologi: Oppsummering 41
Andre membranproteiner sørger for at muskelcellene har stabil struktur og forankring til ekstracellulær matrix. Arvelige defekter gir muskel dystrofi Autonome nervesystem (egen forelesning i Ic) Sympatisk Parasympatisk Enterisk 42
Oppretteholder likevekt i basale kroppsfunksjoner (homeostasis) Temperaturregulering Blodforsyning (hjerte-kar) Respirasjon Fordøyelse Urinering Reproduksjon Syn (akkomodasjon, pupille) Sympatisk nervesystem Cellelegemer i intermediolaterale cellesøyle Th1-L2 Preganglionære myeliniserte fibre (hvit ramus) Postganglionære C fibre (grå ramus) 43
Parasympatisk nervesystem Lange preganglionære fibre Edinger-Westphal nucleus (III) Øvre (VII) og nedre (IX) salivariske nucleus Dorsale vaguskjerne (X) Sacral medulla S2-S4 Hjerte frekvens påvirkes ulikt av sympatisk (B) og parasympatisk (C) aktivering 44
Diagnostikk av skader og sykdommer i det perifere nervesystem Tykke fibre er mest følsomme for trykk. Kronisk trykk gir lette demyeliniserende nerveskader ( entrapment ). (Tynne fibre blokkeres best av lokalbedøvelse.) 45
Alvorlig nerveskade: Aksonal degenerasjon (denervering) Perifer nervefunksjon kan undersøkes: Klinisk nevrofysiologi (KNF) Nevrografi=måling av nerveledningshastighet (myeliniserte A A fibre) Sensoriske terskler (C og A fibre) Autonome tester Elektromyografi (EMG) Repetitiv stimulering (dekrement) Mikronevrografi (forskning) 46
Muskelbiopsi gir inderekte informasjon om nerveskade Normal fordeling av type 1 (langsomme, utholdende) og type 2 (raske) fibre Polio: Tap av motornevroner Reinnervasjon og fibertypegruppering Magnetisk Resonans eller Ultralyd kan gi viktig bildeinformasjon om perifere nerver og plexus brachialis 47
Ultralyd: Nervus ischiadicus Sites and Antonakakis Local Reg Anesth. 2009; 2: 1 14. 48