PATOFYZIOLOGIE MOZEČKU Ústav patologické fyziologie LF UK v Plzni

STRUKTURA MOZEČKU Kůra - stratum moleculare (A) - stratum gangliosum (B) - stratum granulosum (C) Bílá hmota Mozečková jádra - nc. dentatus - nc. emboliformis - nc. globosus - nc. fastigii B A C

Schéma drah v mozečku stratum moleculare stratum gangliosum hvězdicovitá buňka stratum moleculare košíčková buňka Purkyňova buňka stratum gangliosum granulární buňky stratum granulosum eferentní dráhy mozečku bílá hmota mechové vlákno mozečková jádra šplhavé vlákno excitační synapse inhibiční synapse

FUNKCE MOZEČKU Mozeček je tvořen třemi fylogeneticky různě starými částmi, které mají odlišné funkce. 1. Archicerebelum (vestibulární mozeček): - udržování vzpřímené polohy těla, koordinace pohybů hlavy a očí 2. Paleocerebelum (spinální mozeček): - regulace svalového napětí 3. Neocerebelum (korový mozeček): - koordinace pohybů Podle novějších poznatků hraje mozeček roli i v kognitivních procesech a emotivitě.

PŘÍČINY PORUCH MOZEČKU vývojové vady – často spolu s postižením mozkového kmene traumata intoxikace - akutní nebo chronická intoxikace etanolem vaskulární příčiny – ischémie, hemoragie nádory mozečku roztroušená skleróza záněty – cerebelitidy hereditární spinocerebelární degenerace A) autosomálně recesivní: - Friedreichova ataxie - ataxia treleangiectatica - abetalipoproteinémie - ataxie s izolovaným deficitem vit. E B) autosomálně dominantní: - spinocerebelární ataxie SCA1 – SCA 7 - epizodické ataxie typ 1a 2 (EA-1, EA-2)

PROJEVY PORUCHY MOZEČKU – ZÁNIKOVÝ SYNDROM Mozečková ataxie: poruchy stoje – titubace, pády (převážně dozadu – nezávisí na poloze hlavy), stoj o široké bázi poruchy chůze – vrávorání, úchylky dozadu (retropulse) i dopředu (propulse) hypermetrie poruchy koordinace pohybů adiadochokineze poruchy řeči - z adiadochokineze orofaciálního svalstva Třes – intenční (při cíleném pohybu) Poruchy svalového tonu – hypertonie extenzorů trupu a hypotonie svalů končetin Poruchy kognitivních funkcí

PROJEVY PORUCHY MOZEČKU – IRITAČNÍ SYNDROM Protiklad zánikového syndromu, připomíná parkinsonismus zvýšený plastický tonus flexorů flekční držení trupu a končetin klidový třes hypokinéza až akinéza

Zvířecí model poruchy mozečku: mutantní myši typu Lurcher - Přirozený model olivocerebelární degenerace, mutace genu pro 2 podjednotku glutamátového receptoru, která je exprimována zejména Purkyňovými buňkami mozečku - Využití pro výzkum následků neurodegenerace a možností léčby Heterozygotní jedinci (+/Lc) – mutanti typu Lurcher: kompletní ztráta Purkyňových buněk mozečku během prvních 3 měsíců života - excitotoxická apoptóza vyvolaná působením glutamátu na abnormální receptor (důsledkem je nadměrný vtok vápníku do buněk a jejich silná excitace vedoucí k zániku buněk) sekundární úbytek granulárních buněk mozečku a neuronů dolní olivy mozečková ataxie, porucha kognitivních funkcí, vyšší excitabilita CNS, vyšší citlivost k neurotoxickým vlivům Nepostižení homozygoti (+/+) - wild typ: zcela zdraví Postižení homozygoti (Lc/Lc): nejsou životaschopní (homozygotní kombinace mutovaného genu vede již prenatálně k masivnímu zániku neuronů v mozkovém kmeni, v jehož důsledku jedinci umírají v perinatálním období)

Mozeček myši typu wild a Lurcher wild typ (P14) barvení dle Nissla - zbarvení Nisslovy substance v neuronech Lurcher (P14) wild typ (P21) anticalbindin - specifické značení Purkyňových buněk protilátkami proti proteinu calbindinu Lurcher (P21) Barvení dle Nissla je vhodné pro přehledné zobrazení morfologie nervové tkáně. Barví se všechny neurony, nikoliv glie. Značení Purkyňových buněk protilátkami proti calbindinu je vhodné ke kvantifikaci tohoto typu buněk. U mutantů typu Lurcher je již ve stáří 14 dní počet Purkyňových buněk značně snížen. Ještě ve věku 21 dnů však přežívá nezanedbatelný počet Purkyňových buněk zachovávajících si svůj charakteristický tvar i větvení dendritického stromu.

Impregnace dle Golgiho Lurcher (P30) wild typ (P30) Impregnace dle Golgiho zobrazí přibližně 1 % všech buněk (podíl obarvených buněk se může značně lišit podle použité modifikace). Metoda se nehodí k přesné kvantifikaci. Může však ukázat relativní rozdíly v hustotě buněk a je vhodná pro zkoumání tvaru a větvení vláken jednotlivých neuronů. U třicetidenní myši typu wild jsou patrné Purkyňovy buňky v typické lokalizaci tvořící stratum gangliosum. U stejně staré myši typu Lurcher není v zachyceném zorném poli patrná žádná Purkyňova buňka. Ve věku 30 dní přežívá u mutantů Lurcher méně než 10 % původního počtu Purkyňových buněk.

Apoptóza Purkyňových buněk u mutantní myši typu Lurcher Dvojité fluorescenční barvení: Lucifer Yellow, DiD oil (Kröger a Wagner, 1998) Fluorescenční látka Lucifer yellow (zelená) je hydrofilní a barví jádro, jadérko a cytoplazmu. DiD oil (červená) je lipofilní fluorescenční barvivo a označí buněčnou membránu a membránové organely. 1 3 1 – nepostižené Purkyňovy buňky u myši wild typu 2-4 – Purkyňovy buňky v různé fázi apoptózy u čtrnáctidenní (P14) myši typu Lurcher – v mozečku jednoho zvířete jsou současně buňky v různém stupni postižení. 2 4

Axony Purkyňových buněk jsou jediným výstupem z kůry mozečku Axony Purkyňových buněk jsou jediným výstupem z kůry mozečku. Jejich zánikem tedy dochází k funkční dekortikaci mozečku.

Myší model mozečkové ataxie

EXPERIMENTÁLNÍ TESTY MOTORICKÉ KOORDINACE Pád – schopnost dopadnout na všechny 4 končetiny Hrazda – schopnost udržet se na vodorovně napjatém drátu Žebřík – schopnost udržet se na šikmém žebříku Lávka – schopnost udržet se na vodorovné lávce Rotarod – schopnost udržet se na rotujícím válci

HRAZDA myš zavěšena předními končetinami na vodorovně napjatý drát kritérium úspěšnosti: setrvání na hrazdě po dobu 60 s, popř. aktivní opuštění nářadí

ŽEBŘÍK myš je umístěna hlavou nahoru na šikmý žebříček do středu jeho délky kritérium úspěšnosti: setrvání na žebříku po dobu 60 s, popř. aktivní opuštění nářadí

LÁVKA myš umístěna napříč na vodorovnou lávku kritérium úspěšnosti: setrvání na lávce po dobu 120 s, popř. aktivní opuštění nářadí

ROTAROD myš je umístěna na rotující válec hlavou po směru pohybu kritérium úspěšnosti: setrvání na rotarodu po dobu 60 s, popř. aktivní opuštění nářadí

VYHODNOCENÍ TESTŮ MOTORICKÉ KOORDINACE -srovnání motorických schopností myší typu Lurcher a wild 1. Průměrná úspěšnost v testech motoriky (v % pokusů) 2. Průměrné latence pádu (v sekundách) ± střední chyba průměru Mutantní myši typu Lurcher postižené mozečkovou ataxií dosahují v testech motorických schopností výrazně horších výsledků než zdravé myši wild typu.

KONEC