MUDr. K. Kapounková , Ph.D. Neurofyziologie STAVBA NEURONU GLIE SYNAPSE NEUROMEDIÁTORY Nervová buňka - neuron  Dendrity = recepční část – přijímá informace a převádí je do dalších částí nervové buňky  Tělo – nervové buňky (tvoří se v něm například mediátor, důležitý pro přenos informace v synapsi)  Axon (neurit) - část převodní, končí v synaptickém zakončení - obalen Schwannovou buňkou a myelinovou pochvou Základní funkční a stavební jednotka – neuron telodendrie Struktura těla neuronu  Plazmatická membrána  Jádro a jadérko  Jaderná membrána  Neuroplazma  Organely ( mitochondrie, endoplazmatické retikulum, ribozomy, Golgiho aparát, lysozomy, peroxizomy- obsahují oxidativní enzymy peroxidázu a katalázu)  Neurony jsou bohaté na mitochondrie  Specifická existence- Nisslova substance ( = polyribozomy- produkující neuronové proteiny) • Vysoce specializované bb., celkový počet v řádu trilionů ( 10 12 ) • Základní funkce : příjem, vedení, přenos a zpracování informací • Vysoká látková přeměna – metabolismus ( zdroj glukóza, přísun kyslíku) Základní funkce neuronu  Trofická – nutná pro funkční schopnost neuronu  Specifická- schopnost přenášet vzruchy ( funkce membrány)  Sekreční- uvolňování mediátorů  Neurosubstance – 3 skupiny ( neurotransmitery, neuromodulátory, neurohormony) Kromě mediátorů se tvoří i neuromodulátory ( synapse, změna citlivosti postsynaptického útvaru k vlastnímu mediátoru – endorfiny, enkefaliny, substance P, prostaglandiny) Dělení neuronů z funkčního hlediska  Aferentní ( dostředivé) neurony Senzitivní a viscerosenzitivní neurony  Eferentní ( odstředivé) neurony Motorické a visceromotorické neurony, sekreční neurony  Interneurony Propojovací, integrační, asociační a regulační funkce. V mozku, míše nervových uzlinách Motorické neurony  Zajišťují pohyb ( motoriku – hybnost), informace prostřednictvím motorických drah k příčně pruhovaným svalům  Jsou eferentní Korové motoneurony: v mozkové kůře čelního laloku, povely k volní činnosti Alfa-motoneurony : přední rohy míšní, prostřednictvím nervosvalových plotének spojeny s extrafuzálními vlákny kosterních svalů, řízení pohybu svalů Gamma-motoneurony: inervace intrafuzálních svalových vřetének, řídí délku a napětí těchto proprioreceptorů, optimalizují činnost svalů Motorická jednotka = motoneuron + všechna příčně pruhovaná svalovina kterou inervuje Malá motorická jednotka U svalů zajišťujících jemné pohyby ( okohybné svaly, svaly hlasivek) velká motorická jednotka Svaly vykonávající hrubé pohyby ( svaly zad, stehna) Senzitivní neurony  Informace z periferie ( receptory v kůži), smyslových orgánů, …  Aferentní neurony  Informace zrakové, sluchové, čichové a chuťové – senzorické neurony  Těla neuronů uložena mimo CNS – v senzitivních nervových uzlinách – gangliích  Specializované bb ve smyslových orgánech – receptorové bb – schopné zachytit různé formy podnětů ( teplo, chlad, světlo, tlak, vibrace ( a převést do elektrické řeči neuronů = transdukce, pak tato informace je dále vedena = transmise a třetí děj který se děje je modulace = soubor dějů, kdy dojde ke změně funkce receptorových buněk ( zvyšuje se nebo snižuje citlivost smyslů)  Nociceptory = senzitivní neurony schopné rozpoznat reálně nebo potencionálně poškozující podnět ( drážděny mechanicky, chemicky i tepelně), info do CNS = počitek bolest. Mozkové analgetické systémy transdukce transmise modulace Vegetativní neurony  Vůlí neřídíme  Mohou být eferentní ( odstředivé): 1, sekreční vegetativní neurony ( řídí produkci žláz – sliny, pankreatické šťávy,..) 2, visceromotorické vegetativní neurony ( ovládají činnost hladké a srdeční svaloviny) i aferentní (dostředivé): 1, viscerosenzitivní neurony  Z morfologického a funkčního hlediska existuje jiné dělení: 1, neurony sympatiku 2, neurony parasympatiku 3, neurony enterického nervového systému Mohou být centrální i periferní. Centrální v mozku a míše, periferní v autonomních nervových gangliích Zrcadlové neurony  Teprve nedávno objevený typ neuronů  V mozkové kůře  Aktivace pozorováním jiného člověka  Různé typy – selektivně pouze při přípravě, v průběhu činnosti nebo výhradně na konci, existují ale i ty které se aktivují po celou dobu činnosti  Vytváří celé systémy  Do činnosti zasahují i paměťové stopy  Význam pro učení a trénink ( sport, hudební nástroj)  Při pasivním pozorování činnosti jiného je náš mozek mnohem aktivnější než se předpokládalo  Činnost probíhá automaticky, bez našeho vědomí Rychlost vedení nervovými vlákny  Vlákna typu A myelinizovaná, nejrychlejší Aα – rychlost vedení 70 – 120 m/s : hluboké čití a motorika Aβ – rychlost 30 – 70 m/s: informace senzitivní o dotyku a tlaku Aγ – rychlost 15 – 30 m/s: γ motoneurony ( svalová vřeténka) Aδ – rychlost 12 – 30 m/s: senzitivní informace o chladu, dotyku a bolesti  Vlákna typu B myelinizovaná, výběžky pregangliových autonomních neuronů, 3 – 15 m/s  Vlákna typu C nemyelinizovaná, rychlost nepřesahuje 2m/s, postgangliová autonomní vlákna a senzitivní vlákna ( bolest a termické čití) Wallerova degenerace x Wallerova regenerace Neuronální síť  Neuron zapojení řádově až v tisících synapsích  Přenos informací – synaptická transmise= neurotransmise  Neurotransmise = aktivní, časově omezený, jednosměrný, nevratný proces  Synapse: a, elektrické – těsné spojení dvou buněk, přenos akčního potenciálu prostřednictvím konexonů = membránové struktury ( srdce) b, chemické – prostřednictvím molekul chemických látek – neuromediátorů ( NS) Dělení synapsí  Interneuronové - mezi dvěma neurony - axo- dendritická, axo-somatická, axo-axonální spojení  Neuroreceptorové - Ve smyslových orgánech  neuroefektorové - Axon a efektorová buňka presynaptický postsynaptický Senzorická b. Senzitivní neuron Stavba chemické synapse Presynaptická část - Synaptické vezikuly s přenašečem Velké synaptické vezikuly - Neuropeptidové mediátory - Syntéza jen v těle neuronu Malé synaptické vezikuly - Mediátory nepeptidové povahy( acetylcholin, GABA) - Vznikají nejen v těle neuronu, ale i v zakončení Synaptická štěrbina ( šířka 30 – 40 nm) Postsynaptický útvar - Obsahuje receptory ( struktury bílkovinné povahy) Neuronální membrána  Na povrchu neuronů  Vymezuje a odděluje nervovou b. od okolí  Zajišťuje a ohraničuje integritu buňky  Podílí se na příjmu a výdeji látek  Má úlohu při vzniku elektrických potenciálů  polopropustná  Slouží k rozpoznávání informačních molekul ( mediátorů, růstových faktorů, hormonů)  Stavba : dvojvrstva fosfolipidů se zanořenými bílkovinami ( transportéry látek, iontové kanály, receptory) Plazmatická membrána axonu = axolema Cytoplazma axonu = axoplazma Membránové transportní mechanismy Primární aktivní transport Sekundární aktivní transport i facilitovaná difuze Endocytóza a exocytóza  Pokud nelze využít jiný typ přenosu přes membránu  Pokud buňka přijímá části bakterií a buněk nebo celé bakterie – fagocytóza  Příjem tekutých kapének = pinocytóza Membránové receptory  Schopnost se integrovat s různými chemickými látkami ( ligandy)  Při spojení dojde ke změně prostorového uspořádání ( konformace) receptoru  Spustí se další děje ( probíhá v řádu milisekund) Existují i cytoplazmatické receptory – dělí se podle chemického složení Receptor + ligand Změna konformace receptoru Specifická reakce neuronu interakce Receptorové skupiny  Skupina receptorů spojená s iontovými kanály  Skupina receptorů spřažená s G- proteinem  Skupina receptorů s vlastní enzymatickou aktivitou Regulace membránových receptorů Příklad receptoru spřaženého s G proteinem Aktivace efektoru – bývá to enzym Membránové potenciály  V každém okamžiku neurony zpracovávají množství informací – pomocí elektrických impulsů  Existují 3 typy elektrických potenciálů  V klidovém stavu je plazmatická membrána neuronů polarizovaná = klidový membránový potenciál ( převažuje zevně, kladný náboj, uvnitř záporný), hodnota : -60 až -90 mV – má 3 zdroje ( K ionty jdoucí z buňky a přináší kladný náboj, proteiny v cytoplazmě, které nemohou unikat a nesou záporný náboj + CL záporné ionty, NA/K ATPáza, která vyměňuje sodné a draselné ionty)  Působení elektrického, mechanického nebo chemického podnětu lze vyvolat změnu klidového napětí, změna ale je lokální a nešíří se po membráně = spojitá stupňovitá odpověď  Akční potenciál – představuje jednu jednotku informace, z místa vzniku se šíří po membráně, dochází ke změně propustnosti membrány pro různé ionty až dojde ke zvratu polarizace membrány Hybnou silou je nerovnoměrné rozložení nabitých částic uvnitř a vně neuronu = koncentrační gradient mezi vnitřkem a vnějškem nervové buňky EEG záznam (měření elektrické aktivity) Neurokrinie Neurony produkují řadu chemických látek - mediátory uvolňované do synaptických štěrbin - látky, které jdou přímo do krve- hormonální povahy = NEUROKRINIE ADH Oxytoxin Regulační hormony hypotalamu : liberiny a statiny Neuromediátory  Akční potenciál  Vezikuly s mediátorem do synaptické štěrbin  Reakce s membránovými receptory na postsynaptické membráně  Popsáno několik desítek mediátorů  Účinek: inhibiční nebo excitační  Existují transmitery, které mohou reagovat s více receptory - vyvolají různé účinky  Nervová buňka tvoří obvykle jen jeden mediátor  Chemické složení : organická i anorganická látka ( NO) Dělení podle chemického složení  Biogenní aminy: dopamin, NA, A, histamin, serotonin, tryptamin, taurin  Aminokyseliny: GABA, kyselina asparágová, kyselina glutamová, glycin  Neuropeptidy: některé zastávají i roli hormonů ( v krvi jako hormony, na synapsích jako mediátory(, endorfiny, enkefaliny, dynorfiny, statiny, liberiny, oxytocin, vasopresin ( ADH), neurotemzin, sekretin, motilin  Mediátory s jinou chemickou strukturou: acetylcholin, adenosin, oxid dusnatý, prostaglandiny acetylcholinGABA Acetylcholin  Produkován cholinergními neurony ( asi 1/10 všech neuronů)  Působí na 2 typy receptorů: - nikotinové: vegetativní ganglia, postsynaptická nervosvalová ploténka) - muskarinové : patří mezi receptory spřažené s G-proteinem ( bb. Hladké a srdeční svaloviny)  Úloha mnohostranná ( podílí se i na paměťových stopách , vnímání bolesti, vliv na regulaci agresivního chování) Adrenalin  V mozkovém kmeni  Produkován dření nadledvin  Vzácnější než noradrenalin či dopamin  Interaguje s: adrenoreceptory adrenoreceptory – obsazuje přednostněji  Funguje jako stimulační mediátor  Ovlivňuje bdělost, emocionalitu  Látky, které zvyšují vyplavování adrenalinu z váčků = psychostimulancia ( amfetamin) Dopamin  Z dopaminergních neuronů  Vliv na psychické funkce, řízení motoriky, pozornost, myšlení, emotivitu  Mozkový kmen, limbický systém, mozková kůra ( prefrontální čelní laloky) = mozkový dopaminový systém odměny ( aktivace spojena s příjemnými pocity), podílí se i na rozvoji závislostí  Přirozeným stimulátorem dopaminového systému je fyzická aktivita  Poruchy koncentrace a neklidu – u ADHD  Poruchy myšlení a emotivního prožívání – u s chizofrenie  Poruchy hybnosti, svalového napětí, popřípadě třes – u Parkinsonovy choroby Endogenní opiáty  Pestrá a početná skupina mediátorů  Struktura podobná morfinu  Mnohostranné působení : - analgetické - tlumí aktivitu trávicího ústrojí ( vegetativní) - hormonální ) stimuluje uvolňování prolaktinu) - afektivní ( navozují euforii) - stimulují chuť k jídlu, pocit žízně - ovlivňují chování  Součást neuronové sítě : opioidní analgetický systém mozku GABA ( gama aminomáselná kyselina)  Jeden z nějčastějších mediátorů  S glycinem nejdůležitější inhibiční neurotransmiter  3 základní typy receptorů  Blokáda GABA receptorů vede k nabuzení – poruchy spánku, neklid, nesoustředěnost, hyperaktivita  Všechny látky, které na receptory působí agonisticky vedou ke zklidnění, útlumu, spánku Glycin  Druhý nejvýznamější inhibiční mediátor  Interaguje se specifickým glycinovým receptorem  Funkce podobné GABA Neuropeptidy  Tvořeny v gliových buňkách i neuronech  Zjištěno několik set druhů  Tvořeny řetězci aminokyselin ( 2 – 90)  Působí jako neurotransmitery, neuromodulátory nebo hormony  Mediátory : termoregulace, řízení spánku, sexuální aktivity, hybnost, příjem potravy a tekutin, vnímání bolesti, stresová reakce  Neuromodulátory: trofický účinek na mozkovou tkáň  Hormony: tachykininy, hypotalamické hormony, adenohypofyzární hormony, gastrin, motilin  V neuronech produkovány spolu s klasickými mediátory Noradrenalin  Excitační mediátor  Zasahuje do cyklu bdění-spánek, ovlivňuje pozornost, aktivitu a náladu  Může se podílet i na deperesivním syndromu  Váže se na stejné receptory jako adrenalin Serotonin  Vztah k psychickým funkcím  Spolupodílí se na regulaci nálady, agresivity, spánku, příjmu potravy, vnímání bolesti, sexuálním chování  Sympatický mediátor  Působí jako růstový neurotrofní faktor  Spojován s depresí Oxid dusnatý ( NO)  Pestré funkce : regulace průsvitu cév, řídí apoptózu  Neuromediátor  Přechází volně přes membránu  Ovlivňuje přenos senzitivních a motorických informací, úloha v procesech učení, prožívání a chování Glie CNS:  Ependymové buňky – výstelka dutin CNS ( pcylindrický epitel, pohyb řasinek= jeden z mechanismů pohybu likvoru)  Astrocyty – podpůrná funkce, vyživovací ( hematoencefalická bariéra)  Oligodendroglie – myelinové pochvy axonů  Mikroglie- obranné a úklidové reakce PNS:  Schwannovy buňky- rotace bb. okolo axonu  Satelitní buňky – modifikace Schwannových bb. ( podílejí se na metabolických procesech)