Obecná neurofyziologie Axonální transport Regenerace nervové tkáně Transdukce nervového signálu na buněčné úrovni Reflexní oblouk Buněčné sítě

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 - v buňkách slinných žláz Tetanotoxin (Clostridium tetani) toxin je transportován regtrográdně 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.

Degenerace a regenerace nervové tkáně Diferencované neurony se již nedělí   Výjimky : - čichový epitel - gyrus dentatus (hypotézy – paměť, potlačení neurogeneze  deprese) Trauma CNS Proliferace astrocytů – gliální jizva

Myelinizace axonu v periferním NS Schwannova buňka

Myelinizace axonu v periferním NS Bazal lamina

Myelinizace axonu v centrálním NS

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

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

Transdukce nervového signálu na buněčné úrovni Axonální část –akční potenciál, šíření bez dekrementu, zákon vše nebo nic (Membrána vzrušivá, vodivá) Somatodendritická část – pasivní propagace signálu, s dekrementem (Membrána dráždivá, nevodivá)

Axon – šíření signálu bez dekrementu

Dendrit a soma – šíření signálu s dekrementem

Přenos signálu: dendrit – iniciální segment

Vznik akčního potenciálu elektrický stimulus 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

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

Inerakce synapsí

Sumace prostorová a časová Prostorová sumace Časová sumace

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

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

Ovlivnění přenosu 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 Ovlivnění přenosu signálu aktivitou jednotlivé buňky Threshold RMP

Reflexní oblouk Patelární reflex (Knee-jerk reflex)

Výzkum reflexů Ivan Petrovich Pavlov Nobelova cena 1904                   

Výzkum reflexů Sir Charles Scott Sherrington Velká Británie Nobel Lecture, December 12, 1932                                                                                                                    

Chování jako zřetězení reflexů? KOBYLKA Dva páry křídel. Každý  pár mává synchronně, ale zadní křídla vedou přední křídla v cyklu posunutém asi o 10o Stále je dodržován správný odstup mezi kontrakcemi předních a zadních křídel.

Donald Wilson - experiment z roku 1961

To confirm the hypothesis Identify the reflexes that are responsible for the flight pattern   Deafferentaion = the elimination of sensory input into the CNS Remove sense organs at the bases of the wings Cut of the wings Removed other parts of locust s body that contained sense organs Unexpected result Motor signals to the flight muscles still came at the proper time to keep the wing beat correctly synchronized

Extreme experiment Reduced the animal to a head and the floor of the thorax and the thoracic nerve cord   Elecrodes on the stumps of the nerves that had innervated the removed flight muscles Motor pattern recorded in the absence of any movement of part of animal – fictive pattern Locust flight systém did not require sensory feedback to provide timing cues for rhythm generation Network of neurons Oscillator, pacemaker, central pattern generator

Centrální generátor rytmu (Central pattern generator CPG) Model CPG pro ovládání svalů během plavání u mihule.

Centrální generátory rytmu Síť neuronů schopná produkovat správně časovaný vzorec motorických impulzů i za nepřítomnosti senzorické zpětné vazby. plavání mávání křídly chůze klus cval lízání škrábání dýchání

Shrnutí

Axonal transport (axoplasmatic transport) Anterográdní Proteosyntéza v buněčném těle (ER, Golgiho komplex) Retrográdní Přenos chemických signálů z periferie

Degenerace a regenerace nervové tkáně Zničené (diferencované) neurony nemohou být nahrazeny Trauma CNS – gliální jizva Axony v CNS Axony v PNS

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

Centrální generátor rytmu, pacemaker Reflexní oblouk