Document
Werbung
www.loeffler-notfallmedizin.de/downloads Neuroanatomie Begleitskript zur Unterrichtseinheit für Gesundheits- und Krankenpflegeschüler/-innen Unterrichtsbegleitend, ausschließlich zum internen Gebrauch. Keine Vervielfältigung oder Weitergabe an Dritte! Trotz aller Sorgfalt bei der Auswahl der Inhalte übernimmt Löffler Notfallmedizin keine Gewähr für die Inhalte dieses Skriptes. Insbesondere bei Applikations- und Dosierungsangaben von Medikamenten sind aktuelle Leitlinien zu berücksichtigen. Dieses Script bleibt Eigentum von Löffler Notfallmedizin. Die Teilnehmer können dieses Script auch über den Kurs hinaus uneingeschränkt selbst nutzen, dürfen es aber nicht an Dritte weitergeben oder verkaufen, weder persönlich noch im Internet. Vervielfältigung – auch in Auszügen – ist untersagt. Die enthaltenen Bilder, Logos, Tabellen und Grafiken sind urheberrechtlich geschützt. Löffler Notfallmedizin Medical Products, Solutions & Services Florian R. Löffler, MD Arzt für Anästhesiologie, Rettungs- und Intensivmedizin eMail: [email protected] www.loeffler-notfallmedizin.de modifiziert aus: AMBOSS-Lernprogramm (www.amboss.miamed.de) www.loeffler-notfallmedizin.de/downloads Zentrales Nervensystem Einführung in die Neuroanatomie Abstract Gehirn und das Rückenmark bilden das zentrale Nervensystem (ZNS). Das Gehirn bzw. das Rückenmark liegen geschützt im knöchernen Schädel bzw. im Wirbelkanal und sind von einer weiteren Schutzschicht - dem Liquor cerebrospinalis - umgeben. Die Aufgaben des ZNS sind vielfältig: So integriert es Reize, die von außen oder innen auf den menschlichen Organismus wirken, koordiniert alle motorischen Abläufe und stimmt zudem alle Systeme aufeinander ab. Seine Funktionsweise ist bis heute aber noch nicht vollständig verstanden. Gehirn und Rückenmark bestehen jeweils aus grauer und weißer Substanz. Die graue Substanz setzt sich größtenteils aus Nervenzellkörpern zusammen und ist in der Großhirnrinde bzw. im schmetterlingsförmigen inneren Anteil des Rückenmarks zu finden. Anders ist dies bei der weißen Substanz, die ihre weiße Farbe hauptsächlich von markhaltigen Nervenfasern erhält: Sie bildet im Gehirn das innen gelegene und im Rückenmark das außen gelegene Gewebe. Das periphere Nervensystem (PNS) umfasst das Nervengewebe außerhalb des Gehirns und des Rückenmarks. Die Unterscheidung zwischen PNS und ZNS ist allerdings rein topographisch, funktionell lassen sie sich nicht voneinander abgrenzen. Die Aufgabe des PNS ist es, Informationen zwischen dem Gehirn bzw. Rückenmark und dem restlichen Körper zu übermitteln. Das Gehirn entwickelt sich ab der vierten bis fünften Woche aus drei primären Gehirnbläschen und reift bis zur Geburt heran. Es unterliegt im Laufe des Lebens jedoch ständigen Entwicklungs- und Umbauprozessen. Anteile des ZNS Gehirn Das Gehirn ist bis zu 1,5kg schwer, wobei das männliche Gehirn im Durchschnitt schwerer ist als das weibliche. Es besteht zwischen beiden Geschlechtern jedoch kein Unterschied bezüglich des Intelligenzquotienten, sodass davon ausgegangen wird, dass die Intelligenz nicht mit der Größe des Gehirns korreliert. Man unterscheidet im Gehirn drei große Bereiche (Rhombencephalon, Mesencephalon, Prosencephalon), deren Aufteilung auf die embryologische Entwicklungsgeschichte zurückzuführen ist. In der Literatur werden die Bereiche leider nicht einheitlich bezeichnet; Grundlage dieser Lernkarte ist daher die Terminologia anatomica. Steckbrief: • Funktion: Integration, Koordination und Regulation aller Organfunktionen, Bewegungen und Verhaltensweisen • Lage: Teil des ZNS im knöchernen Schädel • Form o Ähnelt einer Walnuss o Zwei miteinander verbundene Hemisphären • Volumen: Bis zu 1500cm3 • Gewicht: Bis zu 1,5kg modifiziert aus: AMBOSS-Lernprogramm (www.amboss.miamed.de) www.loeffler-notfallmedizin.de/downloads Aufbau • • • Abschnitte: Das Gehirn kann in drei große Abschnitte unterteilt werden 1. Rhombencephalon (Rautenhirn) setzt sich zusammen aus: ▪ Myelencephalon = Medulla oblongata (verlängertes Mark) ▪ Metencephalon (Hinterhirn) = Pons (Brücke) und Cerebellum (Kleinhirn) 2. Mesencephalon (Mittelhirn) 3. Prosencephalon (Vorderhirn) setzt sich zusammen aus: ▪ Telencephalon (Endhirn) ▪ Diencephalon (Zwischenhirn) Schichten o Rinde ▪ Bildet hauptsächlich die äußere Schicht des Gehirns ▪ Besteht aus grauer Substanz o Marklager ▪ Liegt unterhalb der Rinde und damit im Inneren des Gehirns ▪ Besteht aus weißer Substanz Bestandteile o Neurone o Hauptsächlich Gliazellen Orientierung und Lagebezeichnungen am Gehirn: Dargestellt ist ein Sagittalschnitt des Gehirns mit den Lagebezeichnungen, je nachdem, ob man im Bereich des Großhirns oder des Hirnstamms ist: Da sich das Großhirn während der Embryonalentwicklung aus einer kraniokaudalen Achse (Meynert-Achse) in eine ventro-dorsale Achse (Forel-Achse) legt, sind dementsprechend auch die Lagebezeichnungen des Großhirns um 90° gegen den Uhrzeigersinn verdreht. modifiziert aus: AMBOSS-Lernprogramm (www.amboss.miamed.de) www.loeffler-notfallmedizin.de/downloads Rückenmark Aufbau und wichtige Strukturen des Rückenmarks (ventral): Links: Schematischer Querschnitt des Wirbelkanals auf verschiedenen Höhen. Deutlich sichtbar ist der Größenunterschied zwischen Cervical- und Thorakalmark. Im Bereich der Cauda equina ziehen lediglich noch die Spinalnervenwurzeln durch den Wirbelkanal (hier entsprechend der entstehenden Spinal- modifiziert aus: AMBOSS-Lernprogramm (www.amboss.miamed.de) www.loeffler-notfallmedizin.de/downloads nerven gruppiert). Mitte links: Rückenmark in Bezug zur Wirbelsäule bei schematisch nach ventral eröffnetem Spinalkanal. Mitte rechts (ventral) bzw. rechts (dorsal): Darstellung des Rückenmarks ohne Wirbelsäule mit Verdeutlichung der einzelnen Rückenmarksabschnitte sowie der Verdickungen (Intumescentiae) und Furchen (Fissurae). Morphologie Das ZNS besteht makroskopisch aus zwei Hauptgeweben: der grauen und der weißen Substanz. Ihre Lage zueinander verhält sich in Gehirn und Rückenmark entgegengesetzt. So bildet die graue Substanz im Gehirn die äußere Schicht, im Rückenmark jedoch die innere. Graue Substanz Weiße Substanz Bestandteile Hauptbestandteil: Perikarya Dendriten Axone Gliazellen Hauptbestandteil: myelinisierte Nervenfasern nicht myelinisierte Nervenfasern Gliazellen Vorkommen im Gehirn Rinde Kerngebiete Vorkommen im Rückenmark Vorderhorn Seitenhorn Hinterhorn Aufgabe Verarbeitung von neuronalen Impulsen Die Lage der grauen und weißen Substanz verhält sich in Gehirn und Rückenmark entgegengesetzt zueinander! modifiziert aus: AMBOSS-Lernprogramm (www.amboss.miamed.de) www.loeffler-notfallmedizin.de/downloads Hirnnerven Austritt der Hirnnerven aus dem Hirnstamm: Ansicht von basal auf den Hirnstamm. Die zwölf Hirnnervenpaare haben ihren Ursprung im Mesencephalon, im Pons oder in der Medulla oblongata. modifiziert aus: AMBOSS-Lernprogramm (www.amboss.miamed.de) www.loeffler-notfallmedizin.de/downloads modifiziert aus: AMBOSS-Lernprogramm (www.amboss.miamed.de) www.loeffler-notfallmedizin.de/downloads Nervengewebe, Synapsen und Transmitter Abstract Im Körper werden grundlegend zwei verschiedene Nervensysteme unterschieden: das zentrale Nervensystem, das aus Gehirn und Rückenmark besteht, und das periphere Nervensystem, das alle Nerven außerhalb des ZNS umfasst. Nerven sind die „Stromleitungen“ des menschlichen Körpers. Sie steuern u.a. Bewegungen und Organfunktionen und dienen als Überträger sensorischer Inputs. Sie können je nach Systemzugehörigkeit (peripheres oder zentrales Nervensystem bzw. somatisches oder vegetatives Nervensystem) und Funktion sehr unterschiedlich aufgebaut sein, ihre Neurone haben jedoch alle den gleichen Aufbau aus Zellkörper und Zellfortsätzen (Axone und Dendriten). Neurone nehmen Informationen auf und leiten sie an andere Nerven oder ihr Zielorgan weiter. Diese Informationen werden entlang der Nervenfaser entweder kontinuierlich und damit langsamer oder saltatorisch (sprunghaft) übertragen. Soll die Information auf eine andere Nervenfaser oder ein Organ übertragen werden, geschieht dies mithilfe elektrischer oder chemischer Synapsen, die dafür Transmitter (z.B. Acetylcholin, Noradrenalin, Dopamin etc.) nutzen. Informationen des vegetativen Nervensystems werden dabei im Zuge ihrer Weiterleitung in Ganglien umgeschaltet. Man unterscheidet Nervenfasern auch anhand ihrer Funktion bzw. der Richtung ihrer Informationsweiterleitung in Afferenzen und Efferenzen: Afferenzen leiten Informationen aus der Peripherie des Körpers zum ZNS, Efferenzen hingegen Informationen aus dem ZNS in die Peripherie. Nervengewebe Die Zellen des Nervensystems entstehen aus dem Neuroektoderm, einem der drei Keimblätter, und können in zwei Gruppen unterteilt werden: Neurone (Nervenzellen) und Gliazellen (Supportzellen). Neurone (Nervenzellen) Neurone sind im peripheren und zentralen Nervensystem zu finden und fungieren v.a. als Aufnahme, Weiterleitungs- und Verarbeitungselemente von Reizen. Jedes Neuron besteht aus einem Zellkörper und den dazugehörigen Fortsätzen (Dendriten und Axone) und ist funktionell gerichtet aufgebaut (Signalempfang/Rezeptor → Signalüberleitung → Signalweitergabe). Die Fortsätze werden auch als „Neuriten“ bezeichnet und bilden das Neuropil („Nervenhaar“). Es stellt die Verbindung zu Synapsen her, über die Neurone miteinander verbunden sind. Zellkörper Kern • • Aufbau: Entspiralisierte DNA Färbeverhalten: In Nissl-Färbung insgesamt blass gefärbt (da wenig Heterochromatin); Nucleolus stark anfärbbar Perikaryon (Soma) • Versorgungszentrum des Neurons → Hohe Stoffwechselaktivität → Große Anzahl an Organellen o Nissl-Schollen: Raues endoplasmatisches Retikulum, das nach Färbung mit basischen Stoffen als körnige Substanz sichtbar wird Axonhügel (Ursprungskegel, Colliculus axonis) • Funktion: Ausgangspunkt des Axons, Umwandlung von Depolarisationen in Aktionspotentiale modifiziert aus: AMBOSS-Lernprogramm (www.amboss.miamed.de) www.loeffler-notfallmedizin.de/downloads o • Konvergenz erregender und hemmender postsynaptischer Potentiale → Auslösung einer Depolarisation o Hohe Dichte an Natriumkanälen in der subplasmalemmalen Verdichtungszone des sog. Initialsegments → Erregungsschwelle niedrig → Depolarisationen leichter in APs umgewandelt → Weiterleitung der APs über Axon Morphologie: Frei von Nissl-Schollen Cytoskelett • Neurofilamente: Intermediärfilamente der Nervenzellen; lagern sich zu Neurofibrillen zusammen • Neurotubuli: Mikrotubuli der Nervenzellen; antero- und retrograder axonaler Transport von Stoffen o Mikrotubuli-assoziierte Proteine (MAPs): versteifen Neurotubuli, vernetzen sie mit anderen Cytoskelett-Elementen • Aktinfilamente: Liegen unter Zellmembran, bilden Stützgerüst, inserieren in wichtige Stützproteine der Membran modifiziert aus: AMBOSS-Lernprogramm (www.amboss.miamed.de) www.loeffler-notfallmedizin.de/downloads Zellfortsätze Dendriten • Definition: Baumartig verzweigte Fortsätze, die Signale in Richtung Soma lenken • Aufbau: In ein Neuron münden mehrere baumartig verzweigte Dendriten (Oberflächenvergrößerung). An ihren Enden finden sich sog. "spines" (= Dornen) als Andockstellen für Synapsen Axon • • • • • • • Definition: Nervenzellfortsatz, der der Weiterleitung neuronaler Signale dient Aufbau: Einteilung in 3 Segmente o Anfangssegment (Initialsegment): Unmittelbar an Axonhügel anschließender kurzer Abschnitt ohne Myelinisierung mit vielen Na+-Kanälen o Mittelteil mit Axonsegmenten o Endsegment mit präsynaptischer Endigung (auch: Axonterminale, "boutons") Axolemm: Zellmembran des Axons Axoplasma: Cytoplasma des Axons, das Neurofilamente und Neurotubuli enthält Gliascheide: Umhüllung des Axons Funktion: Weiterleitung neuronaler Signale (in Form von Aktionspotentialen) vom Zellkörper zu einer Zielzelle Axonaler Transport o Anterograd: Vesikel werden mithilfe des Motorproteins Kinesin von zentral (Perikaryon) in die Peripherie (Axonende) transportiert o Retrograd: Leere Vesikel werden mithilfe des Motorproteins Dynein von der Peripherie zurück zum Perikaryon transportiert Jedes Neuron hat nur ein Axon! modifiziert aus: AMBOSS-Lernprogramm (www.amboss.miamed.de) www.loeffler-notfallmedizin.de/downloads Klassifikation Nervenzellen können abhängig von ihrer Form und Funktion eingeteilt werden. Nach Anzahl der Neuriten • Unipolare Neurone: 1 Axon, keine Dendriten o Sehr selten bei Wirbeltieren o Vorkommen: Embryogenese • Pseudounipolare Neurone: 1 Fortsatz o Kurz nach Abgang aus Perikaryon: Aufteilung des Fortsatzes in einen axonalen und einen dendritischen Zweig o Vorkommen: Sensible Ganglien der Spinal- und Hirnnerven • Bipolare Neurone: 1 Axon, 1 Dendrit o Vorkommen: Retina, Riechepithel, Hirnnervenganglien des Innenohrs • Multipolare Neurone: >2 Fortsätze (1 Axon, mehrere Dendriten) o Häufigster Neuronentyp o Vorkommen: Vorderhorn des Rückenmarks, Pyramidenzellen von Klein- und Großhirnrinde modifiziert aus: AMBOSS-Lernprogramm (www.amboss.miamed.de) www.loeffler-notfallmedizin.de/downloads Nach Funktion • Sensorische Neurone: Leiten afferente Informationen zum ZNS • Motoneurone: Leiten efferente Informationen vom ZNS zu motorischen Zielorganen • Projektionsneurone (sog. Golgi-I-Zellen): Multipolare Neurone mit langem Axon, leiten Informationen über mittlere bis lange Distanzen von einem Areal des ZNS zum anderen • Interneuron: Verbinden mehrere Neurone untereinander, meist über kurze Strecken und inhibitorisch o Multipolare Neurone = Golgi-II-Zellen (kurzes Axon) o Beispiel: Spinale Interneurone , retinale Interneurone • Neuroendokrine Zellen: Hormonsynthese und -sekretion Gliazellen Es gibt ca. zehnmal mehr Gliazellen als Nervenzellen. Sie bilden das Gerüst für Nervenzellen und sind in deren Stoffwechsel involviert. Die Gliazellen des PNS unterscheiden sich von denen des ZNS. peripheres Nervensystem Gliazelle wichtige Eigenschaften Funktion Schwann-Zellen regenerationsfähig bilden Myelinscheiden des PNS Mantelzellen flache Zellen, ummanteln Pe- sind am Stoffwechsel der rikaryen in Spinalganglien Neurone beteiligt erkennbar an kleinen, dunklen Kernen zentrales Nervensystem Astrozyten am häufigsten vorkommende Stützfunktion, NarbenbilGliazellen des ZNS dung nach Gewebeschädigung bilden Gliaendfüßchen mit Kontakt zu Kapillaren Beteiligung an der Blut-HirnSchranke Astrozyten sind untereinander und mit Oligodendrozy- Aufnahme von Stoffwechselten über Gap junctions ver- produkten, Ernährung und bunden Regeneration von Neuronen, Aufrechterhaltung des neubilden besonders viel GFAP ronalen Mileus bilden keine Aktionspotenziale, da sie kaum über spannungsabhängige Natriumkanäle verfügen und ein deut- modifiziert aus: AMBOSS-Lernprogramm (www.amboss.miamed.de) www.loeffler-notfallmedizin.de/downloads lich negativeres Ruhemembranpotenzial (ca. -90 mV) haben als Neuronen Oligodendrozyten wenige, kurze Fortsätze bilden Myelinscheiden des ZNS nicht regenerationsfähig Mikrogliazellen beweglich durch Fortsätze Ependymzellen ähneln iso- bis hochprismati- Auskleidung der inneren Lischen Epithelzellen quorräume (Hirnventrikel und Rückenmarkskanal) sind untereinander über Gap junctions verbunden Radiärglia kommen vor allem im unrei- dienen während der Entwickfen, sich entwickelnden Ge- lung des Nervengewebes als hirn vor Leitstruktur zur radiären Migration von Neuroblasten Ausnahme: in Form von Müller-Zellen (Retina) und Berg- verschiedene weitere Funktimann-Gliazellen (Cerebel- onen, z.T. noch ungeklärt lum) kommen sie auch im adulten Hirn vor modifiziert aus: AMBOSS-Lernprogramm (www.amboss.miamed.de) Phagozytose (Makrophagen des ZNS) www.loeffler-notfallmedizin.de/downloads Blut-Hirn-Schranke: Oligodendrozyt: modifiziert aus: AMBOSS-Lernprogramm (www.amboss.miamed.de) www.loeffler-notfallmedizin.de/downloads "Neurinome": Neurinome sind von den Schwann-Zellen ausgehende gutartige Neubildungen und werden mitunter auch als Schwannome bezeichnet. Sie können im kompletten peripheren Nervensystem vorkommen, stammen aber häufig vom vestibulären Anteil des Nervus vestibulocochlearis ab (Vestibularisschwannom oder auch Akustikusneurinom genannt). Klinische Frühsymptome sind u.a. Hörstörungen, Schwindel und Gangunsicherheit. Im Verlauf kann es auch zur Kompression anderer Nerven (z.B. N. facialis → Periphere Facialisparese) kommen. Die Therapie besteht meist aus der operativen Entfernung des Tumors. "Gliome": Entartete Gliazellen sind der Ursprung fast aller Gehirntumoren. Je nachdem welchem Subtyp sie entstammen, unterscheidet man Astrozytome, Oligodendrogliome, Ependymome und Glioblastome. Letztere sind hochmaligne und haben unter den Gliomen die schlechteste Prognose. Gliazellen • Nervenfasern: Setzen sich aus einem Axon und der dazugehörigen Gliascheide zusammen • Gliascheide: Besteht aus Gliazellen und umgibt die Axone von Nervenzellen o Im ZNS aus Oligodendrozyten o Im PNS aus Schwannzellen • Myelinscheide o Mehrere Schichten Gliascheide (Gliazell-Plasmamembranen) umhüllen lamellenartig ein Axon und bilden die Myelinscheide o Ranvier-Schnürringe: Einschnürungen, an denen die Myelinscheide unterbrochen ist und ein Axonsegment in das nächste übergeht o Internodium: Abschnitt zwischen zwei Ranvier-Schnürringen o Zusammensetzung ▪ 70% Lipide (Phospholipide, Glykolipide, Cholesterin) ▪ 30% Proteine "Multiple Sklerose": Die Multiple Sklerose ist eine neurologische Erkrankung des ZNS und geht mit Demyelinisierungen im Gehirn und Rückenmark einher. Diese beeinflussen die Innervation von Organen und Muskeln und es kommt zur progredienten oder schubförmigen Beeinträchtigung mehrerer Systeme wie bspw. dem motorischen System (gestörte Okulomotorik), dem Kleinhirn (Ataxie), dem vegetativen Nervensystem (Blasen- und Mastdarmentleerungsstörungen), dem sensiblen System (lokalisierte Sensibilitätsstörungen) sowie der Kognition (Defizite in der Gedächtnis- und Konzentrationsleistung). “Opticusneuritis (Neuritis nervi optici, Retrobulbärneuritis)“: Die Opticusneuritis ist oft erstes Symptom einer Multiplen Sklerose und geht mit einseitiger Farbsinnstörung und Visusminderung sowie Orbitaschmerzen einher. Besonders ist hierbei, dass die Augenspiegelung meist unauffällig ist. Zugrunde liegt der Opticusneuritis eine Entzündung des Sehnervs, die zur Folge hat, dass Aktionspotentiale verlangsamt oder gar nicht weitergeleitet werden. modifiziert aus: AMBOSS-Lernprogramm (www.amboss.miamed.de) www.loeffler-notfallmedizin.de/downloads Bindegewebshüllen eines Nervs Eine periphere Nervenfaser setzt sich aus Axonen, Gliazellen und einer umgebenden Bindegewebshülle zusammen. Mehrere Nervenfasern sind dabei zu Nerven gebündelt. Bindegewebshülle (von außen nach innen) Epineurium Aufbau Funktion Fortsetzung der Dura mater fasst die Nervenfaserbündel zu einem Nerven zusammen besteht aus kollagenen Fasern Perineurium Endoneurium enthält Blutgefäße und Nerven mehrere Schichten epitehloi- fasst mehrere Nervenfasern zu der Zellen einem Nervenfaserbündel zusammen zarte kollagene und retikuläre umfasst jede einzelne NervenFasern faser führt feine Blut- und Lymphkapillaren Bindegewebshüllen einer (peripheren) Nervenfasern: Die Abbildung zeigt einen peripheren Nerven mit seinen bindegewebigen Hüllen. Dabei stellt das Epineurium die äußerste Hülle dar. Es fasst mehrere Nervenfaserbündel zu einem Nerven zusammen. Es folgt da Perineurium, das Nervenfasern zu Nervenfaserbündeln bündelt. Zusätzlich ist jede Nervenfaser von Endoneurium umgeben. modifiziert aus: AMBOSS-Lernprogramm (www.amboss.miamed.de) www.loeffler-notfallmedizin.de/downloads Klassifikationen von Nervenfasern Nervenfasern können anhand der Dicke ihrer Myelinscheide und ihrer Leitungsgeschwindigkeit eingeteilt werden. Faserklasse (nach Lloyd und Hunt) I II III IV Faserklasse Myelin(nach Erlanger scheide und Gasser) Aα-Fasern ja Durchmesser ca. 15µm Aβ-Fasern ja ca. 8µm Aγ-Fasern ja ca. 5µm Aδ-Fasern ja ca. 3µm B-Fasern ja < 3µm C-Fasern nein ca. 1µm LeitungsVorkommen geschwindigkeit ca. 60-80 m/s Afferenzen: Muskelspindeln Efferenzen: α-Motoneurone ca. 30-60 m/s Afferenzen: Mechanorezeptoren der Haut ca. 2-30 m/s Efferenzen: Muskelspindeln ca. 2-30 m/s Afferenzen: Thermo- und Nozizeptoren der Haut (früher, heller Schmerz) ca. 3-15 m/s Efferenzen: sympathische, präganglionäre Nervenfasern ca. 0,25 – Afferenzen: 1,5 m/s Thermo- und Nozizeption (später, dumpfer Schmerz) Efferenzen: sympathische, postganglionäre Fasern Je größer der Durchmesser der Nervenfasern, desto höher die Leitungsgeschwindigkeit! Plexus Plexus (lat. Geflecht) sind Knotenpunkte für Nervenfasern, die ihren Ursprung in unterschiedlichen Ganglien oder Rückenmarkssegmenten haben. Sie kommen sowohl im somatischen als auch im vegetativen Nervensystem vor und befinden sich oft in Nähe der sie versorgenden Organe. • Plexus des somatischen Nervensystems o Plexus cervicalis o Plexus brachialis o Plexus lumbosacralis modifiziert aus: AMBOSS-Lernprogramm (www.amboss.miamed.de) www.loeffler-notfallmedizin.de/downloads • Plexus des vegetativen Nervensystems o Plexus coeliacus o Plexus mesentericus superior o Plexus mesentericus inferior o Weitere Organplexus (z.B. Plexus cardiacus, Plexus pulmonalis, Plexus gastricus) Synapsen Synapsen sind Umschaltstellen zwischen zwei Neuronen oder zwischen einem Neuron und einem Zielorgan. An der Oberfläche jedes Neurons befinden sich mehrere Synapsen, die gleichzeitig aktiv sind und entweder erregend oder hemmend auf das Neuron wirken. Man unterscheidet dabei elektrische von chemischen Synapsen. elektrische Synapse Elektrische Synapsen sind weitaus seltener als chemische und übertragen die Erregung zwischen zwei Zellen über einen Ionenstrom. Die Erregungsübertragung kann in beide Richtungen („bidirektional“) und ohne Zeitverlust erfolgen. Man findet elektrische Synapsen zwischen Herzmuskelzellen, glatten Muskelzellen und teilweise im ZNS. Aufbau • • Membranen von prä- und postsynaptischer Zelle Gap junctions (Nexus): Zell-Zell-Kanäle zwischen Prä- und Postsynapse, gebildet aus ConnexinProteinkomplexen (sog. Connexonen) modifiziert aus: AMBOSS-Lernprogramm (www.amboss.miamed.de) www.loeffler-notfallmedizin.de/downloads Funktionsweise 1. Eine präsynaptische Zelle wird durch ein Aktionspotential depolarisiert 2. Da die andere mit ihr verbundene Zelle noch nicht erregt ist, kommt es zu einem Potentialgefälle 3. Ionenstrom durch Konnexone hindurch 4. Depolarisation der anderen postsynaptischen Zelle = elektrische Kopplung 5. Auslösung eines Aktionspotentials an der postsynaptischen Zelle, falls das Schwellenpotential überschritten wird Elektrische Synapse: Elektrische Synapsen übertragen die Erregung zwischen zwei Zellen über einen Ionenstrom. Sie setzen sich aus einer präsynaptischen und einer postsynaptischen Zelle zusammen, die über Gap junctions verbunden sind. Die Gap junctions bestehen aus mehreren membrandurchspannenden Proteinkomplexen, den sogenannten Connexonen, die sich wiederum aus jeweils sechs Connexinen zusammensetzen. Liegen sich je zwei Connexone gegenüber, bildet sich zwischen Prä- und Postsynapse eine Kanalpore, durch die unter anderem Ionen strömen können. Wird nun die Präsynapse durch ein Aktionspotenzial depolarisiert, entsteht ein Potenzialgefälle zwischen Prä- und Postsynapse. Dies treibt den Ionenstrom durch die Connexone an. Kommt es zur Überschreitung des Schwellenpotenzials in der Postsynapse, kann hier ein neues Aktionspotenzial ausgelöst werden. chemische Synapse Chemische Synapsen sind die häufigste Synapsenform im menschlichen Körper. Sie geben die Informationen eines Neurons mithilfe eines Botenstoffes (sog. Transmitter) an ein anderes Neuron oder ein Zielorgan weiter. Im Gegensatz zu elektrischen Synapsen ist der Informationsfluss bei chemischen Synapsen nur in eine Richtung möglich („unidirektional“, Präsynapse → Postsynapse), da die Postsynapse keine Transmitter ausschütten kann. Die Signalweiterleitung an einer chemischen Synapse dauert weniger als 0,5 Millisekunden. Aufbau: • • • Präsynapse: Enthält Mitochondrien (Energieversorgung der Präsynapse) und Vesikel (Transmitterspeicherung) Synaptischer Spalt: In diesen schüttet die Präsynapse die Transmitter aus, die durch den Spalt diffundieren Postsynapse: Transmitter-Wirkung modifiziert aus: AMBOSS-Lernprogramm (www.amboss.miamed.de) www.loeffler-notfallmedizin.de/downloads Aufbau und Funktionsweise einer chemischen Synapse: Bei chemischen Synapsen führen ankommende Aktionspotenziale zu einer Öffnung präsynaptischer spannungsabhängiger Ca2+-Kanäle und damit zum Einstrom von Calcium in die Präsynapse. Calcium ist essenziell für die Fusion der Neurotransmitter-Vesikel mit der präsynaptischen Membran; ein Calciumanstieg führt darüber hinaus zur Exozytose der Neurotransmitter in den synaptischen Spalt. An der postsynaptischen Membran entfalten die Transmitter dann ihre Wirkung: Hier exemplarisch dargestellt ist die Bindung an Rezeptoren mit Na+-Kanalfunktion. Die Bindung des Neurotransmitters führt zur Öffnung des Kanals und zum Einstrom von Natrium in die postsynaptische Zelle. Wird dadurch ihr Schwellenpotenzial überschritten, führt dies zur Auslösung eines Aktionspotenzials und somit zur Weiterleitung des neuronalen Signals von der Prä- auf die Postsynapse. Die Transmitter können entweder direkt oder erst nach Spaltung wieder in die Präsynapse aufgenommen (sog. Re-Uptake) und dadurch recycelt werden. Synapsentypen Chemische Synapsen können anhand verschiedener Eigenschaften unterschieden werden. • Nach Depolarisationsform der postsynaptischen Membran o Exzitatorische Synapsen o Inhibitorische Synapsen • Nach Transmitter o Cholinerge Synapsen (Transmitter: Acetylcholin) o Adrenerge Synapsen (Transmitter: Adrenalin, Noradrenalin) o Peptiderge Synapsen (Transmitter: Neuropeptide) o GABA-erge Synapsen (Transmitter: Gamma-Aminobuttersäure = GABA) o Glycinerge Synapsen (Transmitter: Glycin) • Nach Kontaktstelle o Neuro-neuronale Synapsen ▪ Axodendritische ▪ Axosomatische ▪ Axoaxonische ▪ Axosynaptische o Neuromuskuläre Synapsen o Neuroglanduläre Synapsen modifiziert aus: AMBOSS-Lernprogramm (www.amboss.miamed.de) www.loeffler-notfallmedizin.de/downloads Synapsentypen der Neurone: Darstellung der verschiedenen Synapsentypen mittels ihrer Kontaktstelle am anderen Neuron. Man unterscheidet dabei zwischen axodendritischen (zwischen Axon und Dendrit), axosomatischen (zwischen Axon und Perikaryon), axoaxonischen (zwischen zwei Axonen) und axosynaptischen (zwischen Axon und präsynaptischer Endigung) Synapsen. Funktionsweise 1. Präsynapse: Umwandlung elektrisches Signal (Aktionspotential) → Chemisches Signal (Transmitterfreisetzung) o Transmitter werden im Perikaryon des Neurons synthetisiert und anterograd entlang des Axons zur präsynaptischen Endigung transportiert o In Nähe der präsynaptischen Membran wird der Transmitter in Vesikeln gespeichert o Das elektrische Signal in Form einer Depolarisation führt dazu, dass sich an der präsynaptischen Endigung spannungsabhängige Calcium-(Ca2+)-Kanäle öffnen und es folglich zu einem Ca2+-Einstrom kommt 2. Synaptischer Spalt: Transmitterfreisetzung aus Präsynapse o Ca2+-vermittelt verschmilzt der Vesikel mit der präsynaptischen Membran und setzt den Transmitter durch Exozytose frei ▪ Synaptotagmin fungiert als Ca2+-Sensor und detektiert den Anstieg der Calciumkonzentration in der präsynaptischen Endigung, woraufhin SNARE-Proteine aktiviert werden ▪ SNARE-Proteine vermitteln die Vesikelfusion (=Transmitterfreisetzung) an der Präsynapse, indem die SNARE-Proteine der Vesikel (v-SNARES, bspw. Synaptobrevin) mit den SNARE-Proteinen der Zielzellmembran (von engl. target, tSNARES) interagieren modifiziert aus: AMBOSS-Lernprogramm (www.amboss.miamed.de) www.loeffler-notfallmedizin.de/downloads o o Synaptische Bahnung ▪ Je größer der Ca2+-Einstrom ist, desto mehr Transmittermoleküle werden aus den Vesikeln freigesetzt und desto stärker ist das Signal an der postsynaptischen Membran ▪ Erreicht ein weiteres Aktionspotential die Präsynapse, während in diese noch Calcium einströmt, addieren sich die "alten" und "neuen" Calciummengen und führen so zu verstärkter Transmitterfreisetzung Erhöhte extrazelluläre Magnesium-(Mg2+)-Konzentrationen können diesen Ablauf hemmen, da Magnesium den gleichen Ionenkanal wie Ca2+ benutzt. Dies hat einen reduzierten Ca2+-Einstrom und damit eine verminderte Transmitterfreisetzung zur Folge. 3. Postsynapse: Transmitterbindung und Umwandlung chemisches Signal → Elektrisches Signal (postsynaptisches Potential) o Ionotrope Rezeptoren = Ionenkanäle ▪ Bindung des Transmitters → Öffnung des Kanals ▪ Hohe Öffnungsgeschwindigkeit → Schnelle synaptische Signalübertragung ▪ Hemmende oder erregende Wirkung o Metabotrope Rezeptoren ▪ Bindung des Transmitters → Aktivierung eines G-Proteins ▪ Direkte oder indirekte Öffnung von Ionenkanälen (über second messenger wie cAMP oder IP3) 4. Postsynaptisches Potential (abhängig von der Art des Transmitters und postsynaptischen Rezeptors) o Erregendes postsynaptisches Potential (EPSP): ▪ Rezeptor bindet exzitatorischen (erregenden) Neurotransmitter (z.B. Acetylcholin, Glutamat, Serotonin) → Öffnet Kationenkanal → Na+-Einstrom in Postsynapse → Depolarisation o Inhibitorisches postsynaptisches Potential (IPSP) ▪ Rezeptor bindet inhibitorischen Neurotransmitter (z.B. Glycin, GABA) → Öffnet Kationen-/Anionenkanal → Hyperpolarisation ▪ Bei GABAB-Rezeptoren entsteht Hyperpolarisation durch: K+-Ausstrom → IPSP bis zu -100mV ▪ Bei GABAA-Rezeptoren und Glycin-Rezeptoren entsteht Hyperpolarisation durch: Cl--Einstrom → IPSP bis zu -70mV 5. Verstärkung des EPSP o Zeitliche Summation: Wird über eine oder mehrere beieinander liegende Synapsen kurz nacheinander ein unterschwelliges EPSP weitergeleitet, so addieren sich die Ströme zu einem überschwelligen EPSP o Räumliche Summation: Werden über mehrere nah beieinander liegende Synapsen gleichzeitig unterschwellige EPSPs weitergeleitet, dann addieren sich diese zu einem überschwelligen EPSP 6. Beendigung der Signalübertragung o Inaktivierung, Abbau: Transmitter wird im synaptischen Spalt inaktiviert und durch Enzyme abgebaut (z.B. Spaltung v. Acetylcholin → Cholin + Acetat) o Wiederaufnahme, Reuptake: Transmitter wird wieder in die Präsynapse aufgenommen (z.B. Noradrenalin) o Autoinhibition: Transmitter wird von Rezeptoren in der Präsynapse gebunden, wodurch dort die weitere Transmitterfreisetzung gehemmt wird (z.B. präsynaptische α2-Rezeptoren in noradrenergen Synapsen) modifiziert aus: AMBOSS-Lernprogramm (www.amboss.miamed.de) www.loeffler-notfallmedizin.de/downloads Ein EPSP ist nicht ausreichend, um ein Aktionspotenzial im postsynaptischen Neuron auszulösen. Für postsynaptische Aktivität bedarf es vieler EPSPs. "Tetanus": Tetanus (Wundstarrkrampf) ist eine lebensgefährliche Krankheit. Sie wird durch das Bakterium Clostridium tetani verursacht, das im Erdboden vorkommt und meist über kleine Wunden an der Hautoberfläche in den Körper eindringt. Im Körper angekommen, produziert es das Tetanustoxin, das von peripheren Nerven aufgenommen und entlang der Axone retrograd ins Rückenmark transportiert wird. An den Synapsen hemmender Interneurone (sog. Renshaw-Zellen) zerstört es ein Protein, das für die Freisetzung von Transmittern verantwortlich ist. Es kommt demnach zu einer ungehemmten Aktivität der α-Motoneurone und folglich zu einer Dauerkontraktion verschiedener Muskeln. "Schizophrenie": Man vermutet, dass für einige Formen der Schizophrenie eine vermehrte Aktivität von dopaminergen Zellgruppen zumindest teilweise verantwortlich ist. Aufgrund dieser Annahme werden in der medikamentösen Therapie Dopaminantagonisten eingesetzt. Sie bewirken, dass die Aktivität des Dopamins an postsynaptischen Rezeptoren reduziert und somit die Symptomatik der Erkrankten verbessert wird. "Drogen": Einige Drogen wie Kokain, Amphetamin und Halluzinogene erhöhen u.a. die Dopaminkonzentration im synaptischen Spalt, was zu einer Stimulation des Dopamin-vermittelten Belohnungssystems und damit zu einer psychischen Abhängigkeit führt. Die daraus folgende positive Assoziation mit der Substanz erschwert die Therapie. "Depressive Erkrankungen": Zusammen mit Noradrenalin steuert Serotonin emotionale Prozesse, den Schlaf-Wach-Rhythmus und das schmerzhemmende System. Im Zusammenhang mit depressiven Erkrankungen geht man davon aus, dass eine reduzierte Aktivität noradrenerger und serotoninerger Neurone eine Rolle spielt. Die Leitsymptome der Depression (gedrückte Stimmung, Interessenverlust, Antriebsverlust) können daher durch einen Mangel an Serotonin und Noradrenalin erklärt werden. Pharmakologisch wird mit Medikamenten wie selektiven Serotonin-Noradrenalin-Wiederaufnahmehemmern (SSNRI) versucht, den Noradrenalin- und Serotoninspiegel zu erhöhen. modifiziert aus: AMBOSS-Lernprogramm (www.amboss.miamed.de) www.loeffler-notfallmedizin.de/downloads Prüfungsfragen modifiziert aus: AMBOSS-Lernprogramm (www.amboss.miamed.de) www.loeffler-notfallmedizin.de/downloads modifiziert aus: AMBOSS-Lernprogramm (www.amboss.miamed.de) www.loeffler-notfallmedizin.de/downloads modifiziert aus: AMBOSS-Lernprogramm (www.amboss.miamed.de) www.loeffler-notfallmedizin.de/downloads modifiziert aus: AMBOSS-Lernprogramm (www.amboss.miamed.de) www.loeffler-notfallmedizin.de/downloads modifiziert aus: AMBOSS-Lernprogramm (www.amboss.miamed.de) www.loeffler-notfallmedizin.de/downloads modifiziert aus: AMBOSS-Lernprogramm (www.amboss.miamed.de) www.loeffler-notfallmedizin.de/downloads modifiziert aus: AMBOSS-Lernprogramm (www.amboss.miamed.de)
