Physiologie: ZNS
Physiologie: ZNS; Synaptische Übertragung und Plastizität
Physiologie: ZNS; Synaptische Übertragung und Plastizität
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Cartes-fiches
Anz. Nervenzellen, anz Verbindungen?
- 100 Milliarden Nervenzellen
- Eine Nervenzelle besitzt 10'000 Verbindungen von anderen Nervenzellen
- Die Kontaktstellen zwischen den Nervenzellen werden Synapsen genannt
- Synapsen können sich mit der Zeit verändern (synaptische Plastizität). Dieses ist die Grundlage von Lernen und Gedächtnis
Wie können Signale übertragen werden?
- Via Gap junctions (Na+-Kanäle)
- elektrische Synapsen (wie gap junctions)
- Chemische Synapsen (Synaptische Vesikel enthalten Neurotransmitter (50nm); Sekretorische Vesikel („Dense Core“ Vesikel) enthalten lösliche Proteine (100nm))
Grösse neuro-muskuläre Endplatte?
4-40ym
Die wichtigsten Neurotransmitter?
- Acetylcholin
- Aminosäuren
- GABA
- Glycin
- Glutamat
- Monoamine
- Dopamin
- Noradrenalin
- Adrenalin
- Serotonin
- Peptide
- Met- resp. Leu-Enkephalin
- Substanz P
- Angiotensin II
- Vasoaktives intestinales Peptid
- Somatostatin
- Lutenisierendes Hormon Releasing Hormon (LHRH)
Peptidneurotransmittersynthese?
- rER: Produktion des Vorläuferpeptids
- Golgi: Umwandlung in aktiven Peptitneurotransmitter und Vesikalabschnürrung
Acetylcholin-Kreislauf
- Cholin-Acetyl-Transferase bildet ACh aus Cholin und Acetyl-CoA
- Via ACh-Transporter gelangt ACh in Vesikel
- Bei Erregung verschmelzen Vesikel mit Synapsenmembran; ACh wird freigesetzt
- ACh bindet im synaptischen Spalt an ACh-Rezeptoren.
- ACh-Esterase spaltet ACh in Cholin und Essigsäure
- Cholin wird via Cholin-Na+-Symporter zurück in die Synapse gebracht
Synaptische Vesikel
- Protonen-Pumpen sorgen für ein saures Milieu.
- Enthalten Synaptobrevin und Synaptotagmin
- Wichtig zur Bildung des SNARE Komplexes mit der Membran
- Botulinumtoxin spaltet den SNARE-Komplex
Exozytosevorgang
- Fusion der Vesikel mit der Zellmembran
- ausgelöst durch Ca2+ Einstrom durch spannungsabhängige Ca2+ Kanäle wenn ein Aktionspotential die aktive Zone erregt
Endozytosevorgang
- Abschnürrung der Vesikel
- Nun können Vesikel lokal wieder mit Neurotransmitter beladen werden (Vesikelrecycling) oder über das Endosomsystem abgebaut werden
Art und Weise wie NT ausgeschüttet werden
Neurotransmitter wird in einzelnen Paketen (Quanten) freigesetzt. Nicht jedes präsynaptische AP führt zu Transmitterausschüttung
--> Nicht jedes AP führt zu einer Depolarisation
Agonisten/Agonisten und Antagonisten für ACh
- Nikotinischer Rezeptor (Nervensystem & motorische Endplatten):
- Agonist: Nikotin
- Antagonist: Curare
- Muskarinischer Rezeptor (parasymp. NS):
- Agonist: Muscarin
- Antagonist: Atropin
Glutamatrezeptoren?
Glutamat öffnet Kationenkanäle (AMPA, NMDA). Der Effekt ist (meist) depolarisierend (d.h. erregend). Exzitatorische postsynpatische Potentiale (EPSP).
- AMPA & Kinat Rezeptoren
- wird permeabel für Na+ und K+ wenn Glutamat bindet
- NMDA Rezeptoren
- wird permeabel für Na+ und Ca2+ wenn Glutamat bindet und wenn durch Depolarisation das Mg2+-Ion, das die Pore blockiert, entfernt wird („Koinzidenz-Detektion“)
Effekt von GABA und seine Modulatoren?
γ-Aminobuttersäure (GABA) öffnet Cl- Kanäle (GABA-A) oder G-Protein-gesteuerte K+ Kanäle (GABA-B). Der Effekt ist (meist) hyperpolarisierend (d.h. inhibierend). Inhibitorische postsynaptische Potentiale (IPSP).
Modulatoren
- Ethanol
- Benzodiazepin
- Barbiturat
- Neurosteroide
Transmitteraktivität an G-Protein gekoppelten Rezeptoren
- NT bindet an Rezeptor -> Konformationsänderung G-Protein -> öffnen eines G-Protein-abhängigen Ionenkanals.
- NT bindet an Rezeptor -> Konformationsänderung G-Protein -> Aktivieren eines Enzyms -> 2nd messenger Freisetzung
- NT bindet an Rezeptor -> Konformationsänderung G-Protein (Abspaltung der Untereinheiten) -> Untereinheit dockt an Ionenkanal -> Öffnung
- NT bindet an Rezeptor -> Konformationsänderung G-Protein -> Aktivieren Adenylat cyclase -> cAMP Bildung -> Proteinkinase wirkt auf Ionenkanal
Endocannabinoide als Beispiel retrograder Signalausbreitung?
Werden von postsynaptischen Nervenzellen in den synaptischen Spalt freigesetzt und wirken retrograd auf das präsynaptische Neuron.
reduzieren Transmitterfreisetzung an der betroffenen Synapse durch
→ Herabsetzung der Aktivität präsynaptischer Calciumkanäle,
→ Steigerung der Aktivität postsynaptischer Calciumkanäle und
→ Hemmung der Adenylatcyclase und dadurch Herabsetzung der Aktivität der Proteinkinase A
Zusammenspiel von erregenden und inhibitorischen Synapsen?
Dendrit erhält Signal von einer aktiven exzitatorischen Synapse. (Vm des Dentriten hoch). Wandert durch Dendriten zum Soma (Vm des Somas etwas kleiner, da "lecke Kabel")
Dendrit erhält Signal von einer aktiven exzitatorischen Synapse. (Vm des Dentriten hoch). Wandert durch Dendriten. Kurz vor dem Soma verhindert aktive inhibitorische Synapse die Weiterleitung des Signals durch öffnen von Cl- Kanälen. Kein Potential im Soma messbar (Vm = 0)
Entstehung des AP am initialen Axonsegment?
Der Axonhügel ist der Bildungsort des Aktionspotentials. Die Summe aller erregenden (EPSP) und hemmenden (IPSP) postsynaptischen Potentiale läuft am Axonhügel zusammen. Aufgrund seiner besonders hohen Dichte an Na+ Kanälen ist hier die Erregungsschwelle niedriger als an anderen Stellen der Zelle. Wird diese überschritten, kommt es zur Bildung eines Aktionspotentials, welches anschließend über das Axon fortgeleitet wird.
Konditionierung
- Konditionierungs Signal (CS) alleine: keine Reaktion
- CS + Unkonditionierter Stimulus (z.B. Nahrung) führt zur Reaktion (Speichelbildung)
- CS alleine führt nun zur Reaktion
--> Die zuständige Synapse für CS und für die Reaktion wurden verlinkt/verstärkt
Die Hebb'sche Lernregel
- Wenn eine Zelle A wiederholt dazu beiträgt, dass eine verbundene Zelle B ein Aktionspotential erzeugt, führen metabolische Prozesse dazu, dass diese Effizienz weiter gestärkt wird.
- Korrelierte elektrische Aktivität führt zu Veränderungen der Verbindungsstellen („Synapsen“) zwischen zwei Nervenzellen.
- Wir brauchen Wiederholungen zum Lernen
Molekularer Mechanismus von Langzeitpotentierung (LTP)
Glutamat wird in den Synaptischen Spalt ausgeschüttet und bindet an Ca2+ Kanal, welcher Ca2+ in die postsynaptische Zelle lässt. Dieses aktiviert Kinasen, welche einerseits vermehrt NMDA-Rezeptoren in die Membran einbauen, andererseits AMPA-Rezeptoren phosphorylieren und sie so aktivieren.
Beides führt zu stärkeren Signalen
Mechanosensoren der Haut
- Merkel-Scheibe: SA-I (slow-adapting)
- Feuern APs kurz nach der Druckänderung los. APs auch noch wenn Drucknicht mehr ändert. AP-Frequenz abhängig von Druck & Geschwindigkeit der Druckänderung (dp/dt). Befinden sich im Corium.
- Ruffini-Körperchen SA-II
- Feuern APs kurz nach der Druckänderung los. APs auch noch wenn Druck konstant. AP-Frequenz hängt nur von der Intensität des Druckes ab.
- Meissner-Körperchen/Haarfolikelsensor RA (rasch adaptierend)
- APs sobald Druckänderung. Stop sobald keine Druckänderung mehr vorhanden ist. Auch für Vibrationen geeignet. Gerade unterhalb Epidermis
- Pacini-Körperchen
- Reagieren auf Änderungen der Druckänderungsgeschwindigkeit. Sobald eine Änderung des Druckes geschieht, wird ein AP losgefeuert. Vibrationen. In Subcutis
Beeinflussen Zusatzstrukturen der Nervenendigungen das Antwortverhalten des Sensors?
Rezeptives Feld?
Hautareal, von dem eine einzelne mechanosensitive Afferente Faser errregt werden kann.
Die Grösse der rezeptiven Felder nimmt von distal nach proximal zu
Aufsteigende Bahnen der Somatosensorik?
- Lemniskales System (Hinterstrang)
- Analytische Sensorik (feiner Tastsinn) der Hautsensibilität und der Propriozeption.Umschaltung (auf 2tes Neuron, Körperseitenwechsel) im Lemniscus meialis
- Anterolaterales System (Vorderseitenstrang)
- Temperatur und Schmerzempfindung, grober Tastsinn. Wechsel (auf 2. Neuron) der Körperseite im Rückenmark.
3. Umschaltung für beide im Thalamus
Beispiel für die Säulenorganisation des primären somato-sensorischen Kortex?
Jedes Fingerglied (D1-D3) wird in benachbarten Kortexarealen repräsentiert (Somatotopie).
Es existiert für jeden Finger eine Feinstruktur: Die Information von verschiedenen Rezeptortypen (z.B. schnell und langsam adaptierende) eines Fingersegmentes werden durch alternierende Säulen verarbeitet.
Die Information ob es sich um Einen Druck oder eine Vibration handelt wird erst einzeln bearbeitet und dann zusammengefügt
Plastizität der somatotropischen Hirnkarte?
Wird einem Affen zwei Finger zusammen gebunden, verschwindet das Areal des Fingers, der nicht mehr gebraucht wird, und die Benachbarten Areale nehmen den Platz auf seine Kosten ein.
Werden die Finger wieder befreit, normalisiert sich alles wieder
Werden z.B. immer nur 2 Finger gereizt/trainierd, werden die Areale dieser Finger im Hirn grösser (z.B. bei Musiker)
Was ist nozizeptiver Schmerz?
- Nozizeptiver Schmerz ist eine physiologisch relevante Wahrnehmung, die als Schutz- und Warnsignal bei akuter oder potentieller Gewebeschädigung dient.
- Schmerz ist ein Aspekt der Repräsentation des physiologischen Zustandes des Körpers (Interozeption). Schmerz ist eine homeostatische Wahrnehmung, d.h. ein Gefühl und eine Motivation.
- Der chronische Schmerz ist ein „pathologischer“ Schmerz, der keine physiologischen Funktion besitzt, sondern als selbständiges, aber vielseitiges Krankheitsbild auftritt (z.B. neuropathischer Schmerz).
Die Schmerzbahn?
- Schmerzstimulus
- Thermisch
- Chemisch
- Mechsnisch
- Schmerzrezeptor
- via Hinterhofwurzel ins
- Rückenmarck Wechsel auf 2. Neuron/Körperseite
- Rostral ventrale Medulla (kann Schmerzwahrnehmung hemmen)
- Nucleus Parabrachialis (Umschaltung auf blau (=Bewertung des Schmerzes)
- Amygdala
- Insular Cortex
- Gyrus Cinguli
- Nucleus Parabrachialis (Umschaltung auf blau (=Bewertung des Schmerzes)
- zentrales Höhlengrau (Modulation des Schmerzes
- Thalamus
- Somatosensorischen Corttex (Lokalisation des Schmerzes
Transduktionsmechanismen (Schmerzübertragungsmechanismen)
- Mechanisch aktivierbarer Kanal
- K+-Influx infolge eines Schnitts
- G-Proteingekoppelte Rezeptoren
- --> aktivieren Phospholipase C
- --> aktiviert Diacylglycerol (DAG)
- --> aktiviert Proteinkinase C (PKC)
- --> phosphoryliert Na+-Kanal --> Influx
- TRPV1-Rezeptor: Öffnung Kanäle bei Hitze/Capsaicin als Ligand
- TRP-Rezeptor: Öffnung bei Kälte/Menthol als Ligand
- NK-Rezeptoren: Öffnung durch Tachikine
- ASIC-Rezeptor: Acid-Sensing-ion-chanel
Was ist Hyperalgesie, was Allodynie? Wie kommt es dazu?
- Hyperalgesie: Überempfindlichkeit
- Allodynie: normalerweise nicht schmerzhafte Reize werden schmerzhaft (Sonnenbrand)
Prostaglandin E2-Rezeptoren (EP2): Prostaglandin E2 bindet an den G-Protein gekoppelten Rezeptor. Dies führt zur Zuhnahme von cAMP und dadurch zur Zunahme von PKA. PKA phosphoryliert Schmerzrezeptoren wie TRPV1, TRP etc. (periphere Sensibilisierung)
μ-,δ-,κ-Rezeptoren: Sind Opiat-Rezeptoren. Wenn ein Opiad bindet, hemmt das G-Protein die Bildung von cAMP (periphere Desensibilisierung).
Wann werden folgende Schmerzstoffe aktiviert, was tun sie?
- Kalium
- Serotonin
- Bradykinin
- Histamin
- Prostaglandin
- Leukotriene
- Substanz P
- Kalium
- Zellschaden
- aktivierend
- Zellschaden
- Serotonin
- Blutplättchen
- aktivierend/sensibilisierend
- Blutplättchen
- Bradykinin
- Plasmakininogen
- aktivierend
- Plasmakininogen
- Histamin
- Mastzellen/Leukozyten
- aktiviert
- Mastzellen/Leukozyten
- Prostaglandin
- Zellschäden
- sensibilisiert
- Zellschäden
- Leukotriene
- Zellschaden
- sensibilisiert
- Zellschaden
- Substanz P
- Nervenendigungen
- sensibilisiert
- Nervenendigungen
Wie wiekt Acetylsalizylsäure?
Inaktiviert die Cyclooxigenase, welche die Archidoonsäure in Prostaglandin E2 umwandelt. Dieses würde die Schmerzrezeptoren sensibilisieren.