Obecná neurofyziologie Axonální transport Transdukce nervového signálu na buněčné úrovni Typologie nervových vláken Regenerace nervové tkáně Olga Vajnerová, Ústav fyziologie 2. LF UK v Praze

Axonální transport (axoplasmatický, axonový transport) Anterográdní Proteosyntéza v buněčném těle (ER, Golgiho komplex) Retrográdní Přenos chemických signálů z periferie

Anterográdní transport Anterográdní transport rychlý (100 - 400 mm/d) MAP kinesin/mikrotubuly neurotransmitery ve vezikulách a mitochondrie   pomalý (0,5 – 10 mm/d) mechanismus neznámý komponenty cytoskeletu (aktin, myosin, tubulin), metabolické komponenty   Retrográdní transport rychlý (50 - 250 mm/d) MAP dynein/ mikrotubuly staré mitochondrie, vezikuly (pinocytóza, receptorem zprostředkovaná endocytóza, transport např. růst. faktorů),

Axonální transport v patogenezi nemocí Vzteklina  replikace viru - ve svalových buňkám - v nervových buňkách (retrográdní transport) - CNS behavior projevy a anterográdní transport - v buňkách slinných žláz Tetanus (Clostridium tetani) toxin je transportován retrográdně vyloučen z těla nervové buňky vychytáván zakončeními okolních buněk

Axonální transport ve výzkumu NS     Zkoumání nervových zapojení Anterográdní transport Radioaktivně značené AK (inkorporace do proteinů, transport, detekce autoradiograficky) Injekce do oblasti těla neuronu, identifikuje se distribuce axonů Retrográdní transport Křenová peroxidáza proniká do axonálních zakončení, transportuje se do těla neuronu, je možno ji vizualizovat. Injekce do oblasti axonálního zakončení neuronu, identifikuje se tělo neuronu.

Transdukce nervového signálu na buněčné úrovni Somatodendritická část – pasivní propagace signálu, s dekrementem Axonální část –akční potenciál, šíření bez dekrementu, zákon vše nebo nic

Klidový membránový potenciál Každá živá buňka v organismu

Membránový potenciál není potenciál Membránový potenciál není potenciál. Je to rozdíl dvou potenciálů, tedy je to z fyzikálního hlediska napětí na membráně.

Klidový membránový potenciál K+ uniká z buňky po koncentračním gradientu A- nemohou uniknout z buňky K+ A- + - Na+ Cl- Na vnější straně membrány je více kladných nábojů Na vnitřní více záporných Vzniká elektrický gradient

Transdukce nervového signálu na buněčné úrovni Axonální část –akční potenciál, šíření bez dekrementu, zákon vše nebo nic

Axon – šíření signálu bez dekrementu Práh Zákon vše nebo nic

Akční potenciál Vodivost membrány pro Na+ a pro K+

Akční potenciál

Propagace akčního potenciálu po axonu

Dendrit a soma – šíření signálu s dekrementem

Přenos signálu: dendrit – iniciální segment

Vznik akčního potenciálu elektrický stimulus senzorický vstup neurotransmiter na synapsi

Axonální část AP – Ca2+ kanály – vylití neurotransmiteru

Somatodendritická část Receptory na postsynaptické membráně Excitační – otevření kanálu pro Na+, Ca2+ depolarizace membrány Inhibiční - otevření kanálu pro K+, Cl- hyperpolarizace membrány EPSP – excitační postsynaptický potenciál IPSP – inhibiční postsynaptický potenciál

Excitační a inhibiční postsynaptický potenciál

Inerakce synapsí

Sumace prostorová a časová Prostorová sumace Časová sumace Presynaptický AP Postsynaptický EPSP Čas Čas

Potenciálové změny v oblasti iniciálního segmentu Interakce všech synapsí   Prostorová sumace – proudy z mnoha vstupů se sčítají Časová sumace – jestliže AP přichází v kratším intervalu, než je trvání EPSP Iniciální segment

Transdukce nervového signálu na buněčné úrovni EPSP IPSP Initial segment AP Ca2+ influx Neurotransmitter Neurotransmitter releasing

Modulace signálu aktivitou jednotlivé buňky Discharge configurations (Pálící vzorce různých buněk) EPSP IPSP

Modulace signálu aktivitou jednotlivé buňky 1. AP, napětím ovládané Na+ kanály na těle buňky v oblasti iniciálního segmentu 2. ADP, after depolarization (následná depolarizace), vysokoprahové Ca2+ kanály na dendritech, aktivované AP 3. AHP, after-hyperpolarization, Ca2+ ovládané K+ kanály 4. Rebound depolarizace nízkokoprahové Ca2+ kanály, deinaktivované během AHP, aktivované, když se hyperpolarizce zmenší, pravděpodobná lokalizace na těle neuronu Modulace signálu aktivitou jednotlivé buňky Threshold RMP Hammond, C.:Cellular and Molecular Neurobiology. Academic Press, San Diego 2001: str. 407.

Vznik akčního potenciálu elektrický stimulus senzorický vstup neurotransmiter na synapsi

Senzorický vstup Senzorická transdukce – konverze stimulu z vnějšího nebo vnitřního prostředí na elektrický signál Fototransdukce Chemotransdukce Mechanotransdukce Signály: zvukové vlny (sluch), chuť, foton (zrak), dotek, bolest, čich, svalové vřeténko

Osmoreceptory, termoreceptory Senzorický vstup Senzorická transdukce – konverze stimulu z vnějšího nebo vnitřního prostředí na elektrický signál Fototransdukce Chemotransdukce Mechanotransdukce zvukové vlny (sluch) Dotek Bolest svalové vřeténko Chuť Bolest čich foton (zrak) Osmoreceptory, termoreceptory

Typologie nervových vláken

Myelinizace Lokální proudy musí urazit větší vzdálenost než dosáhnou přístupu k axoplasmě v místě dalšího Ranvierova zářezu (saltatorní vedení) Způsob, jak zlepšit vedení v axonu je jeho myelinizace

Složený akční potenciál Záznam AP na periferním nervu Jestliže mají všechna vlákna jednotnou rychlost vedení Jestliže mají jednotlivá vlákna různou rychlost vedení

Smíšený nerv se všemi typy vláken

Klasifikace nervových vláken podle Erlangera - Gassera

Klasifikace nervových vláken podle Lloyda

Dva odlišné systémy klasifikace nervových vláken

Myelinizace axonu v periferním NS Degenerace a regenerace axonu Myelinizace axonu v periferním NS Schwannova buňka

Myelinizace axonu v periferním NS Basal lamina

Poškození axonu v PNS Komprese, rozdrcení, přetětí – degenerace distální části (walleriánská degenerace, odstranění makrofágy) Zůstávají Schwannovy buňky a bazální lamina (Büngnerův proužek) Proximální pahýl dorůstá (axonal sprouting)   Prognosis quo ad functionem Komprese, rozdrcení – dobrá, nalezení správného cíle na periferii Přetětí – horší, regenerace méně pravděpodobná

Myelinizace axonu v centrálním NS

Poškození axonu v CNS Oligodendrocyty netvoří Büngnerův proužek Regenerace není možná

Poškození axonu v PNS při amputaci Proximální pahýl vrůstá do pojivové tkáně (není navazující Schwannova buňka) Slepý konec tvoří neurom – fantómová bolest