Übersicht über das Nervensystem

Neuroanatomiekurs für HM im SS 2005 * DOZENTENSCRIPT * Kurstag 2: Histologie & Zellbiologie des Nervengewebes
Dozentenscript Kurstag 2: Allg. Histologie & Zellbiologie des Nervengewebes
Inhalt
02.01
02.02
02.03
02.04
Histol. Färbungen des Nervengewebes
Neuron
Synapse
Glia
1
2
5
7
02.05
02.06
02.07
peripherer Nerv
Klinik
mc-Übungsfragen
8
9
10
Ziele: Vertiefung der histologischen und zellbiologischen Grundlagen, ohne die ein Verständnis der Hirnfunktionen nicht
möglich ist. Es ist ein ziemlich theoretischer, aber vom Stoff auch sehr wichtiger Kurstag. Sollten Sie nicht alle Aufgaben im
Kurs schaffen, arbeiten Sie sie unbedingt zu Hause nach.
Kursmaterial pro Tisch: Binokularlupen, Mikroskope, histologische Präparate
Theoretische Voraussetzungen: Kenntnisse der speziellen Histologie des Nervengewebes sowie der allgemeinen Zellbiologie
von Neuronen und Gliazellen (Vorlesungen Histologie, Neuroanatomie, Neurophysiologie). Schauen Sie sich im freien Mikroskopieren unbedingt noch einmal die Präparate Nerv quer/längs, Spinalganglion und Rückenmark an.
02.01
Histologische Färbungen des Nervengewebes (ca. 5-10 min)
Es gibt im Wesentlichen 3 klassische Grundmethoden zur histologischen Darstellung des Nervengewebes, die Sie am Präparat
unterscheiden können müssen. Moderne Methoden können im Kurs leider nur theoretisch behandelt werden.
02.01.01 Erklären Sie die Unterschiede zwischen A] Myelinfärbungen (Markscheidenfärbungen), B] Zellkörper/Zellkernfärbungen (z.B. Nissl, Kresylviolett) und C] Versilberungen (z.B. Golgi, Cajal).
A
gefärbte Struktur Myelin, d.h. Nervenfasern
sichtbar
Myelindicke einzelner Nervenfasern, Anteil der Fasern am
Nervengewebe, Verlauf der Fasern/Faserbündel
nicht sichtbar
zugehörige Perikarien, nichtmyelinisierte Fasern, Dendriten, Gliazellen
Anwendungen
Untersuchung der Faserdicke und
des Verlaufs, Diagnostik von
Demyelinisierungserkrankungen,
etc.
Präparat
Cerebellum, Übersichtsvergr.
B
C
alle Perikarien
einzelne Neurone
Form, Größe, Dichte, Verteilung einzelne Perikarien, mit +/- allen
der Perikarien,
Axonen, Dendriten, Dornen
zugehörige Axone & Dendriten, Dichte und Verteilung der NeuZellkörper von Gliazellen
rone, viele Gliazellen
Untersuchung der Neurondichte
und -verteilung, Diagnostik div.
Erkrankungen (z.B. Alzheimer),
etc.
Cerebellum, Purkinjezellen
Untersuchung der Gesamtmorphologie eines Neurons, Synapsen, Verschaltungen, etc.
Cerebellum, Purkinjezelle
02.01.02 Auf den Fensterbänken stehen Lupen und Mikroskope mit ausgewählten Präparaten und deren Beschreibung bereit.
Schauen Sie sich im Verlauf des Kurses diese Präparate an. Die erste Frage, die Sie sich jeweils stellen müssen, ist die nach
dem Färbungstyp. Erst dann können Sie entscheiden was sichtbar ist und sich genauer mit dem Präparat befassen.
02.01.03 Die Färbungstypen werden oft auch auf makroskopische Präparate angewandt. Welche Strukturen sind dann gefärbt/erkennbar?
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02.01.04 Diskutieren Sie kurz wie moderne histologische Verfahren funktionieren und was mit Ihnen darstellbar ist.
A Immunhistochemie (ICH)
B Laser-Scanning-Mikroskopie (LSM)
C In situ Hybridisierung (ISH)
D single cell injection (SCI)
E tracing
F Laser-capture microdissection (LCMD)
A Nachweis/Lokalisation bestimmter Moleküle in Zellen/Geweben mittels Antikörper
B wie A, jedoch mit verbesserter Auflösung und Möglichkeit zu Mehrfachmarkierungen und 3D-Rekonstruktion
C Nachweis/Lokalisation spezifischer mRNAs oder anderer spezifischer RNA/DNA-Sequenzen
D Mikroinjektion einzelner Zellen zur 3D-Darstellung oder Analyse von mittels gap junctions verbundener Koppelungsgruppen von Zellen
E Mikroinjektion von Farbstoffen/Molekülen/Viren, die sich anterograd und/oder retrograd über Synapsen verbreiten zur
Analyse neuronaler Verbindungen und Netzwerke
F Isolierung einzelner Zellen aus dem Gewebsverband für die Einzelzellanalyse
02.02
Neurone (ca. 15 min)
02.02.01 Kennzeichnen Sie in der Abbildung die folgenden Abschnitte eines Neurons und beschreiben Sie deren Aufgaben.
Kennzeichnen sie mit einem Pfeil die Richtung der Erregungsleitung. Welches ist das afferente, welches das efferente Neu RW 2005 * Institut für Anatomie & Zellbiologie * Philipps-Universität Marburg
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ron?
A - Dendrit; B – Perikarion; C – Axonhügel; D Axon; E – Synapse
A: Aufnahme afferenter Erregungen und Generation von synapt. Potentialen; B: gesamter Neuronstoffwechsel; C: Generation
von APs; D: Efferenz des Neurons, Leitung der APs; E: chemische Erregungsübertragung
02.02.02 Zeichnen Sie - schematisch - die vier morphologischen Haupttypen von Neuronen (mit Dendrit, Perikarion, Axon,
Synapse) und geben Sie jeweils ein Beispiel an.
02.02.03 Im Verlauf des Kurses und in den Prüfungen werden Sie immer wieder neuronale Schaltkreise zeichnen müssen.
Machen Sie sich zunächst klar, welche 3 Teile und welche Eigenschaft eines Neurons für seine schematisch/funktionelle
Darstellung ausreichend sind. Erklären Sie dann anhand von einfachen Schaltzeichnungen die folgenden Begriffe
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02.02.04 Beschriften Sie in der EM-Zeichnung eines Neurons die folgenden Strukturen:
A – Dendrit; B – Perikarion; C – Axonhügel; D – Axon; E – Nucleus; F – Nucleolus; G – Kernpore; H – rER (= NisslSchollen); I – Mitochondrien; J - Golgi-Apparat; K - Microtubuli/Neurofilamente; L – synaptisches Endköpfchen; M – synaptische Vesikel; N – postsynaptische Verdichtung; O – synaptischer Dorn; P – axo-dendritische Synapse; Q – axosomatische Synapse; R – axo-axonale Synapse
02.02.05 Machen Sie sich anhand der Abbildung die Transportvorgänge in Neuronen klar und füllen sie dann die Tabelle aus.
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Richtung
ungerichtet
Motor
Kinesine, Dyneine
bzw. ?
Leitstruktur
Microtubuli & ?
langsamer axonaler überwiegend anteTransport
rograd
keine bzw. ?
keine bzw. ?
schneller anterograder Transport
schneller retrograder Transport
Richtung Synapse
Kinesine
Richtung Soma
Dyneine
Microtubuli
von – nach +
Microtubuli
von + nach -
dendritischer
Transport
02.03
Transportgut
alle in der Peripherie benötigten
Komponenten
z.B. Filamentproteine, Clathrin,
andere cytoplasm.
Proteine
z.B. Vesikel, Mitochondrien
z.B. Endosomen,
aktivierte Wachstumsfaktoren
Geschwindigkeit
0,5 – 100 mm/Tag
0,5 – 5 mm/Tag
100 – 400 mm/Tag
100 – 400 mm/Tag
Synapse (ca. 15 min)
02.03.01 Erklären Sie den Unterschied zwischen elektrischen und chemischen Synapsen. Wo kommen sie vor?
elektrisch: Leitungsart: kontinuierliche elektrische Erregungsleitung (Potential – Potential; elektrotonische Leitung)
Leitstruktur: Gap junctions
Richtung: ungerichtete Übertragung
Beeinflussung: chemisch (Medikamente) nur schwer beeinflussbar
Vorkommen: häufig zwischen Herzmuskelzellen, in einigen kleineren Neurongruppen, z.B. im Hypothalamus,
zwischen Astrozyten
chemisch: Leitungsart: diskontinuierliche Erregungsleitung (Potential – Transmitter –Potential)
Leitstrukturen: Endköpfchen, synapt. Spalt, postsynaptische Strukturen
Richtung: immer gerichtet
Beeinflussung: über Transmitter & Rezeptoren durch Medikamente gut beeinflussbar
Vorkommen: häufigste Synapsenform im NS
02.03.02 Kennzeichnen Sie in der Abbildung die folgenden chemischen Synapsentypen: A – Dornsynapse, B – Schaftsynapse, C – axo-dendritische Synapse, D – axo-somatische Synapse, E – axo-axonale Synapse.
02.03.03 Zeichnen Sie das Schema einer chemischen Synapse mit folgenden Strukturen: A - synaptisches Endköpfchen, B synaptische Vesikel, C - Mitochondrien, D - präsynaptische Membran, E - präsynaptische Verdichtung,ung, F - synaptischer Spalt, G - freier Neurotransmitter, H - postsynaptische Membran, I – postsynaptische Verdichtung
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02.03.04 Im Elektronenmikroskop lassen sich 2 Haupttypen chemischer Synapsen unterscheiden (Gray I & II). Wie unterscheiden sich die beiden Typen?
02.03.05 Machen Sie sich klar, dass für die chemische Signalübertragung eine Vielzahl molekularer Vorgänge notwendig ist:
Transmittersynthese, -typen, -verpackung, -transport, potentialabhängige Aktivierung, Docking, Exocytose, Rezeptorbindung, Generation der synapt. Potentiale, Transmitterinaktivierung, -endocytose, -recycling, -abbau, -entsorgung, usw.
Diese Vorgänge werden in der integrierten Neuranatomie-/Physiologie-Vorlesung +/- ausführlich behandelt und sind natürlich Lern- und Prüfungsstoff. Im Kurs können wir darauf nicht eingehen. Beispielhaft sollen Sie an der folgenden Abbildung kurz Mechanismen der monoaminergen Neurotransmission rekapitulieren.
02.03.06 Machen Sie sich anhand der Abbildung die wichtigsten Schritte des Vesikel-Kreislaufs klar.
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02.04
Glia (ca. 15 min)
02.04.01 Machen Sie sich anhand der Abbildung klar, wie groß der Anteil der Gliazellen : Neurone : Blutgefäßzellen am ZNS
ist.
02.04.02 Machen Sie sich anhand der Abbildung klar, welche Haupttypen von Gliazellen es gibt, welche Aufgaben sie haben
und welcher Herkunft sie sind.
02.04.03 Beschriften sie in der Abbildung die wichtigsten Zelltypen des ZNS & PNS.
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02.04.04 Beschreiben sie die Unterschiede zwischen den beiden Haupttypen von Astrocyten.
02.04.05 Nennen Sie möglichst viele Aufgaben von Astrocyten.
Blut-Hirn-Schranke, Stoffaustausch mit Gefäßen, Stoffaustausch mit Neuronen, Regulation der lokalen Homöostase, Regulation der synaptischen Plastizität, Kompartimentierung, Wachstumsfaktorproduktion, Glianarben, Phagozytose(?), Antigenpräsentation (?), Transmitterabbau / -recycling, usw. usw.
02.04.06 Wie Unterscheiden sich myelinisierende Oligodendrocyten und myelinisierende Schwann-Zellen morphologisch
und bezüglich der Axon-Regeneration?
Oliogdendrocyten umscheiden Abschnitte mehrerer Axone und hemmen die Axonregeneration (keine zentrale Regeneration)
Schwann-Zellen umscheiden einen Abschnitt eines einzigen Axons und fördern die Axonregeneration (relativ gute periphere
Regeneration)
02.04.07 Nennen Sie Eigenschaften und Funktionen der Mikroglia (auch Mesoglia oder Hortega-Zellen genannt).
* mesodermaler Herkunft
* einzige nicht ortsständige Zellen des ZNS
* mit ca. 5 µm kleinste Zellen des ZNS
* entsprechend dem physiologischen Zustand (ruhend, aktiviert - nicht phagocytierend, aktiviert – phagocytierend) existieren unterschiedliche morphologische Formen
* Aktivierung durch Trauma, Detritus, Infektionen, etc.
* gehören dem mononucleären phagocytotischem System an (entsprechen funktionell in etwa Makrophagen)
02.04.08 Welche Bedeutung hat Radialglia für die Entwicklung des Endhirncortex? Wo kommt Radialglia auch noch im
adulten ZNS vor?.
* Die corticale Schichtung entwickelt sich entlang der Radialglia
* Bergmann-Glia im Cerebellum; Müller-Glia der Retina
02.05
peripherer Nerv (ca. 5 min)
02.05.01 Beschreiben Sie anhand der Abbildung den Unterschied zwischen unmyelinisierten und myelinisierten Nervenfasern.
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02.05.02 Beschriften sie in der Abbildung eines Nervenquerschnitts folgende Strukturen: A – Epineurium; B – Blutgefäß; C Perineurium; D – unmyelinisiertes Axon; E – Myelin; F – Schwann-Zelle; G – Endoneurium, H – Erythrozyt
02.06
Klinik (ca. 10 min)
02.06.01 Überlegen Sie, wo an einem Neuron Sie am Besten mit Medikamenten in das neuronale Geschehen eingreifen können. Welche Prozesse lassen sich dort beeinflussen? Kennen Sie schon Medikamente, die hier wirken?
Synapse: Transmittersynthese, -transport & -verpackung, Transmitterfreisetzung, Transmitter-Rezeptor-Bindung, Transmitterrecycling/-abbau
02.06.02 Um was handelt es sich bei dem braunen Bereich um die Hirnzyste? Welche Bedeutung hat diese Struktur?
02.06.03 Welche pathologischen Veränderungen erkennen Sie im CT-Scan? Um welche Erkrankung handelt es sich wahrscheinlich?
02.06.04 Auf welchen Zelltyp ist die überwiegende Mehrheit der adulten Hirntumore zurückzuführen?
Gliome, häufig Astrocytome
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02.06.05 Die Kenntnis der Drogenwirkung im ZNS, Mechanismen der Abhängigkeitsentwicklung, etc. sind mittlerweile ein
großes Gebiet der Neurologie und Psychiatrie. Machen Sie sich anhand der Abbildung den Wirkmechanismus von Drogen
im ZNS am Beispiel des Cocains klar.
02.07
mc-Übungsfragen (Hausaufgabe)
02.07.01 Bei welchem Zelltyp handelt es sich nicht um zentrale Gliazellen?
A] Tanyzyten
B] Pituizyten
D] Satellitenzellen (PNS)
E] Astrozyten
C] Ependymzellen
02.07.02 Welche Aussage zu Astrocyten ist falsch?
A] Sie haben Kontakt zu Blutgefäßen.
B] Sie sind am Recycling/Abbau mancher Transmitter beteiligt.
C] Sie haben Kontakt zu Schwann-Zellen. (PNS)
D] Sie haben Kontakt zu Neuronen.
E] Sie sind häufig über Gap junctions untereinander verbunden und bilden so funktionelle Koppelungsgruppen.
02.07.03 Welche Aussage zu Synapsen ist falsch?
A] Bei elektrischen Synapsen ist die Erregungsleitung in beiden Richtungen möglich.
B] Neurotransmitter werden mittels membranständiger, vesikulärer Transmitter-Transportern aus den Vesikeln freigesetzt. (in die Vesikel aufgenommen)
C] Transmitter-Rezeptoren können auch auf der präsynaptischen Membran vorkommen.
D] GABA ist typischerweise ein inhibitorischer Neurotransmitter
E] Im synaptischen Spalt gibt es Transmitter-abbauende/-inaktivierende Enzyme.
02.07.04 Welche Aussage zu Nerven ist falsch?
A] Periphere, nicht-myelinisierte Axone haben keinen Kontakt mit Schwann-Zellen. (sind ebenfalls in Schwann eingebettet)
B] Das Epineurium ist die äußere bindegewebige Hülle eines Nerven.
C] In einem peripheren Nerv können myelinisierte und unmyelinisierte Fasern nebeneinander vorkommen.
D] Die Leitungsgeschwindigkeit einer Nervenfaser steigt mit der Dicke der Myelinschicht.
E] Das Endoneurium ist das Bindegewebe zwischen den einzelnen Nervenfasern.
02.07.05 Welche Aussage zu pathologischen Veränderungen des Nervensystems ist falsch?
A] Die meisten Hirntumore entwickeln sich aus entarteten Neuronen. (Gliazellen)
B] Astrocyten bilden um pathologisch veränderte Regionen eine Trennschicht (= Glia-Narbe)
C] Bei Multipler Sklerose werden Myelin/Oligodendrocyten vom körpereigenen Immunsystem zerstört.
D] Drogen greifen an unterschiedlichen Stellen in das synaptische Geschehen ein.
E] Nach der Durchtrennung einer Nervenfaser degeneriert grundsätzlich der Teil, der keine Verbindung zum Perikarion
mehr hat.
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