Neuronale Kontrolle der Muskulatur

Neuronale Kontrolle der Muskulatur
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Einleitung
Motorische Programme
Motorische Systeme: Muskeln und
Neurone die Muskelbewegung
kontrollieren
Aufgabe: Generierung koordierter
Bewegungen
Elemente der motorischen Kontrolle:
Rückenmark  koordinierte
Muskelkontraktion
Gehirn  motorische Programme
zum Rückenmark
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Das somatische motorische System
Muskeltypus
Quergestreift:
Skelettmuskel
(Hauptmasse der
Körpermuskulatur)
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Das somatische motorische System
Somatische Muskulatur
Axiale Muskeln:
Rumpfbewegung
Proximale Muskeln:
Schulter, Ellbogen, Becken,
Kniebewegungen
Distale Muskeln:
Hände, Füße, Finger (Zehen)
Bewegung
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Hierarchische Organisation des motorischen
Systems
Cerebraler Cortex
Motorische Rinde
Thalamus
Anderer
sensorischer
Input
Basal
Ganglia
StammHirn
Cerebellum
Table 5.3 (1)Cerebral cortex
Page 144
Basal nuclei
(lateral to thalamus)
Rückenmark
Thalamus
(medial)
Hypothalamus
Cerebellum
Brain stem
Sensorische
Information
Sensorische
Rezeptoren
Muskel Kontraktion
und
Bewegung
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Das somatische motorische System
Motorische Neurone
Höheres (zentrales)
Motoneuron: Versorgt
Rückenmark mit Input
Das untere motorische
Neuron
Unteres motor.
Neuron:
Im Ventral-Horn des
Rückenmarks
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Das somatische motorische System
Alpha Motorische
Neurone
Zwei Typen
motorische Neurone:
Alpha
Gamma
a
g
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Das somatische motorische System
Graduierliche Kontrolle der Muskelkontraktion
durch Alpha-Motorische-Neurone
Veränderung der Frequenz der
Aktionspotenziale der Motoneurone
Rekrutierung von zusätzlichen motorischen
Einheiten
Motorische Einheit: Motoneuron und die von ihm innervierten Muskelfasern
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Motorische Einheiten
Alpha
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Steuerung von a-Motoneuronen
“Inputs” der Alpha-Motoneuronen
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Wh. Skelettmuskulatur
Typen von Muskelfasern
I - Rote Muskelfasern:
Langsam
langanhaltende Kontraktion
nur langsam ermüdend
II -Weiße Muskelfasern:
Schnell kontrahierend
schnell ermüdend,
anaerober Metabolismus
Typ I
Typ II
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Fasertypen - Eigenschaften
Neuromuskuläres “Matchmaking”
Aktivitätsmuster der innervierenden
Neurone bestimmen die Fasereigenschaft
schnell
Langsam
Hypertrophie: Dickenzunahme, Wachstum
von Muskelfasern
Atrophie: Degeneration von Muskelfasern
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Kontrolle der Muskelkontraktion
Im Rückenmark
Erster Schritt: Sensorische Rückmeldung
vom Muskel
Muskelspindel
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Kniesehnenreflex
Eigenreflex
•Muskelspindel wird gedehnt
•Erregung wird über afferente
Fasern an RM geleitet
•Synaptische Umschaltung direkt
auf a-Motoneuron
•Rückwirkung auf Ursprungsmuskel
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Kontrolle der Muskelkontraktion
Gamma Motorische Neurone
Muskel-Spindel
Sensorische Fasern:
Ia; II Fasern
Intrafusale Fasern:
efferent - g-Neurone
Extrafusale Fasern:
a-Neurone
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Muskelspindel
Muskelspindel hat
Sensorische und
Motorische
Innervierung
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Kontrolle der Muskelkontraktion
Gamma Schleife (motorischer Input der Spindel)
Ändert den “Arbeitspunkt” der Reflexsteuerung
Leistet eine zusätzliche Kontrolle der
a-motorischen Neurone und Muskelkontraktion
Verschaltung:
Gamma motor. Neuron
 intrafusale Muskelfaser
 Ia afferentes Axon
 alpha motor. Neuron
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Muskelspindelverschaltung
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Kontrolle der Muskelkontraktion II
Propriozeption von Golgi-Sehnen-Organen
Reverse myotatische Reflexfunktion:
Reguliert die Muskelspannung im optimalen
Bereich
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Reflexe
Muskelspindel - Golgi-Sehnenorgan
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Fig 13.6 – Muscle reflexes
Silverthorn 2nd Ed
Kontrolle der Muskelkontraktion III
Proprioception von den Gelenken
Proprioceptive Axone in Gelenkkapseln
Reagieren auf Winkelstellung, Richtung und
Geschwindigkeit der Bewegung im Gelenk
Information von den Gelenkrezeptoren:
Kombination von Muskelspindel, Golgi
Sehnenorganen und Hautrezeptoren
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Reflexe
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Reflexe
Schnelle automatische Antworten auf
spezifische Reize – koordieniert im Rückenmark
(oder Hirnstamm)
Entstehen über verknüpfte sensorische,
motorische Neuronen und Interneuronen
Kann eine Bewegung (Kniestreckung) oder
Schlucken, Pupillenveränderung oder viszerale
Reaktion sein
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Funktionale Organisation
der Neurone im NS
Sensorische Neurone:
Etwa 10 Millionen liefern Information dem ZNS
Motorische Neurone:
Etwa 1/2 Million senden Kommandos an
periphere Effectoren
Interneurone:
Etwa 20 Milliarden, interpretieren, planen,
und Signale koordinieren (ein- und ausgehende)
= Informationsprozessoren
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Der Reflexbogen
Die Verschaltung eines einfachen Reflexes
Beginnt beim sensorischen Rezeptor
Endet am peripheren Effektor (Muskel, Drüse,
etc.)
Wirkt im Allgemeinen entgegen dem
Originalstimulus (negatives Feedback)
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Der neurale Reflex
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5 Schritte beim Neuralreflex
1: Stimulus, Aktivierung des Rezeptors
physikalische oder chemische Änderungen
2: Aktivierung des sensorischen Neurons
Abgestufte Depolarisation
3: Informations-Verarbeitung durch postsyn.
Zelle
Ausgelöst durch Neurotransmitter
4: Aktivierung des motorischen Neurons
Aktionspotenzial
5: Antwort des peripheren Effektors
Ausgelöst durch Neurotransmitter
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Klassifikation von Reflexen
Es gibt verschiedene Klassifikationsarten von
Reflexen, die gängigste richtet sich nach der
Komplexität der Verschaltung:
monosynaptisch versus
polysynaptisch
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Monosynaptische Reflexe
Haben die kürzeste Verzögerungszeit zwischen
sensorischem Stimulus und motorischer
Antwort:
Z.B., Dehnungsreflex (wie Kniesehnenreflex)
Dauer 20–40 msec
Keine Interneurone involviert!
Nicht adaptierend keine Habituation
(Abschwächung oder Ausbleiben der
Reflexantwort bei wiederholter Reizung)
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Kontrolle der Muskelkontraktion
Der Eigen-Reflex
Dehnungsreflex: Muskel gedehnt Tendenz
entgegenzuwirken
Rückkopplungsschleife
Monosynaptisch
Beispiel: Kniesehnen-Reflex
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Monosynaptischer Reflex
Dehnungsreflex
Figure 13–15
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Polysynaptische Reflexe
Komplexer als monosynaptische Reflexe
Interneurone beteiligt, kontrollieren oft mehr
als 1 Muskelgruppe
Produzieren entweder EPSPs (Erregung) oder
IPSPs (Hemmung)
Beispiel: Wegzieh-Reflexe (Schutzreflex)
Variabel
Adaptierend (Habituation)
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Fremdreflex
Polysynaptisch
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Schutzreflex
Bewegen den Körper weg vom Stimulus
(Schmerz, Druck):
Flexorreflex:
Zieht die Hand vom heißen Herd weg
Gekreuzter Extensorreflex
Variabel
Stärke und Ausmaß der Antwort anhängig
von Intensität und Ort des Stimulus
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Ein Flexorreflex
Figure 13–17
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Schutzreflex
- Polysynaptisch!
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Schlüssel = Reziproke Inhibition
Funktionsweise Flexorreflex:
Der Dehnungsreflex des antagonistischen
(Extensor-) Muskels muss inhibiert werden
Reziproke Inhibition durch
Interneurone im Rückenmark führt zur
Hemmung antagonistischer Extensoren
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Kontrolle der Muskelkontraktion
Inhibitorischer Input
Reziproke Inhibition: Kontraktion einer
agonistischen Muskeleinheit wird von der
Relaxation des antagonistischen Muskels
begleitet
Polysynaptischer
Reflex
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Reflexbögen
Gekreuzte Extensorreflexe:
beinhaltet kontralateralen Reflexbogen
Erscheint auf der dem Stimulus
gegenüberliegenden Seite
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Gekreuzte Extensorreflexe
Entstehen simultan und koordiniert mit dem
Flexorreflex
Beispiel:
Flexorreflex veranlasst Hochziehen des
Beins:
Gekreuzter Extensorreflex streckt das
andere Bein um das Körpergewicht
abzufangen
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Gekreuzter
ExtensorReflex
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Integration und Kontrolle
von spinalen Reflexen
Obwohl der Reflexablauf automatisch ist, kann
die Verarbeitung im Gehirn die Reflexmuster
verstärken oder unterdrücken.
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Verstärkung spinaler Reflexe
Höhere Zentren können Reflexe verstärken:
Durch Stimulation von excitatorischen
Neuronen im Stammhirn und Rückenmark
EPSPs (erregende Potentiale) an motorischen
Neuronen
“Facilitating” postsynaptischer Neurone
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Inhibition spinaler Reflexe
Höhere Zentren können Reflexe inhibieren:
Durch Stimulation inhibitorischer Neuron
IPSPs (hemmende Potenziale) an den (Reflex-)
motorischen Neuronen
Supprimierung postsynaptischer Neurone
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Kontrolle der Muskelkontraktion
Spinale Interneurone
Synaptische Inputs:
Primäre sensorische Axone
Absteigende Axone vom Gehirn
Kollateralen von anderen tieferen
motor. Axonen
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Willkürliche Bewegungen und
motorische Reflexmuster
Höhere Zentren steuern tiefere, reflexive
motorische Erregungsmuster
Automatische Reflexe:
können vom Gehirn wenn nötig aktiviert
werden
Wenige Nervenimpulse ausreichend um
komplexe motorische Functionen zu
kontrolliern
z.B. gehen, rennen, springen
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Kontrolle der Muskelkontraktion
Die Generierung von spinalen motorischen
Programmen zum Gehen
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Axonreflex
Schmerzreflex
Kein echter Reflex, keine Synapsen
Slide 48
Viszeralreflexe
Viszeralreflexe (Reflexe der inneren Organe)
sind polysynaptisch
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Viszeralreflexe - Schmerzprojektionen
Viszerale Reflexe sind
teilweise mit der
somatischen
Sensorik verschaltet
und benutzen
teilweise die
gleichen Bahnen.
Dies erklärt die
Schmerzprojektionsfelder.
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Viszeralreflexe
Physikalische
Stimuli in
entsprechenden
Arealen können
daher auch wieder
reflektorische
Auswirkungen auf
innere Organe
haben.
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Viszeralreflexe
Schmerz-Stimuli in
inneren Organen
können eine
reflektorische
Muskelverspannung
(Schutzreaktion)
auslösen.
Anhaltende
Verspannung kann
schmerzauslösend
sein
Circulus vitiosus
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Ende
Ein Reflex besteht in einer neuronal
vermittelten, unwillkürlichen, raschen und
gleichartigen Reaktion eines Organismus auf
einen bestimmten Reiz.
Reflexe können vom einfachen Reflexbogen
bis hin zu Reflexkreisen „höherer“ Art
unterschiedlich komplex sowie angeboren
oder erworben sein; im letzteren Fall wird
auch von gelernten, erworbenen, bedingten
oder konditionierten Reflexen geredet.
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