OG 2 Impulsgeleiding (P) PDF

Preview

Summary

Samenvatting OG...

Description

OG 2 : Impulsgeleiding Deelinstructie 1: celtypen in het ZS en bouw van het neuron In het zenuwstelsel vind je 3 typen cellen terug. Beschrijf summier het globale verschil in functie? Neuronen  DE zenuwcellen, basiseenheden zenuwstelsel. Voeren de functies van ZS uit Gliacellen  ondersteunen werking neuronen. Liggen ook rond de neuronen. Je hebt wel verschillende soorten gliacellen. In tegenstelling tot de neuronen zijn gliacellen wel in staat zich te delen. Soorten gliacellen zijn: -

-

Cellen van Schwann (perifeer ZS) + oligodendrocyten (centr ZS): omhullen zenuwvezels met isolerende laag, myelineschede, waardoor geleidingssnelheid wordt verhoogd. Astrocyten (centr ZS): vormen brug tss neuronen en bloedcapillairen -> neuronen v O2 en voedingsstoffen voorzien + bescherming bieden tegen schadelijke stoffen in bloed. Beïnvloeden lokale bloedstroom + prikkeloverdracht tss neuronen Microgliacellen: fagocytose Ependymcellen: bekleden holten (ventrikels en centrale kanaal) gevuld met cerebrospinale vloeistof -> productie en circulatie (trilharen) van deze vloiestof

Stamcellen  voorlopers van de neuronen en gliacellen.

Schets de bouw van een neuron en situeer hierop het soma (=cellichaam), de dendrieten, het axon met het telodendrion (= splitsing v.h. axon in dunne takjes) en de eindknoppen (op ieder takje). Integreer in deze schets ook een functionele onderverdeling aan. (-> als cel die prikkel ontvangt v.d. eindknop een skeletspiercel is: motorische eindplaat. Is het een zenuwcel dan heet punt v overdracht synaps. )

Dendrieten = antennes, informatie/prikkels opvangen van andere cellen (= hoofdinput van de cel). Worden geprojecteerd van de soma. Axon = proces dat uitgaat van de soma om prikkels voort te geleiden van de cel tot de doelcellen. 1 neuron / axon die een axon heeft dat afkomstig is van een speciale regio, axon Hillock. Eindigen in presynaptische terminals (= zender van de neuron). = de output van de cel: info sturen naar neuronen, spieren en klieren Axonheuvel -> waar axon en soma samenkomen; veel Na-kanalen -> meest prikkelbaar Soma/Cellichaam: met grote ronde celkern, veel mitochondriën, ruw ER + vrije ribosomen (grijze kleur -> grijze stof), GEEN centriolen, zorgt voor de voeding v.d. neuron. Synthetiseren een grote hoeveelhied van eiwitten (proteïnen) die gebruikt worden als neurotransmitters. Neuronen gaan hun informatie over hun activiteit overdragen via neurotransmitters die van de synaptische terminal in de synaptische cleft (?) komen. nucleus, golgi-apparaat en RER zijn in de soma gelegen.

Neuronen worden ingedeeld in 2 groepen: p27 -

Bipolair (zeldzaam): 1 dendriet en 1 axon cellichaam ertussen. De wortels van de dendriet verdeeld in meerdere dendritische takken en het axon projecteerd om zijn presynaptische terminal te vormen. (vb: ogen) o (Pseudo-)unipolair: axon en dendriet lopen door in elkaar. Is een bipolair neuron, maar lijkt een unipolair neuron. Lijkt maar 1 uitsteeksel van cellichaam te hebben, maar heeft er toch 2. Ze hebben 2 axonen en geen echte dendrieten. De sensorische neuronen zijn de meest voorkomende, dezen brengen info over van lichaam naar het ruggenmerg. Neuron dat informatie overbrengt van de periferie naar het centraal zenuwstelsel. Periferische axon  cellichaam  spinal cord. Perifere axonen leiden sensorische info van de periferie naar cellichaam. Centrale axonen leiden info van het cellichaam naar het ruggenmerg.

-

Multipolair (komt meeste voor): Veel dendrieten zitten op het cellichaam met 1 axon als lange staart. De dendrieten komen van verschillende delen van het cellichaam. Ze zijn gespecialiseerd in het ontvangen en aanpassen van grote aantallen van synaptische input naar hun dendriten. In het cerebellum worden de multipolaire cellen, purkinje cellen genoemd. Hier maakt men nog een onderscheidt tussen een typische multipolaire cel van het cerebellum en een interneuron (CZS). Vb: spinale motorneuron

1. Binnen de neuronen kan je verschillende typen onderscheiden. Welke? Beschrijf hun specifieke functie en vernoem eventuele structurele verschillen. -

Sensorische neuronen : Vormen Afferent gedeelte v.h. PERIFEER ZS (PZS): leveren info aan CZS, afkomstig v zintuigen + geven deze info door nr andere neuronen in CZS (via schakelneuronen). Deze neuronen zijn unipolair of bipolair (specifieke zintuigen: zien, ruieken, horen). • Somatische zintuigen: info van butienwereld of lichaamshouding -> externe receptoren (aanraking, T, druk, zien, ruiken, horen..) en proprioceptoren (positie + bew. skeletspieren) • Visceraal zintuigen: registreren inwendige omstandigh. V.d. orgaanstelsels, druk diep in lichaam, smaak en pijn

-

Motorische neuronen (motoneuronen): Vormen efferent gedeelte v.h. PZS: overdragen prikkels vanuit zenuwstelsel naar spiercellen. Deze neuronen zijn multipolair . • Somatische motoneuronen: skeletspieren • Visceromotoneuronen: hartspier, glad spierweefsel, klieren vetweefsel…

-

Schakelneuronen (grootste groep): in CZS. Multipolair. Verzorgen integratie vd lichaamsfuncties en vormen brug tss sensoriek en motoriek. Overbrengen van deze info zodat we kunnen reageren op onze omgeving. Het is een integratiesysteem: integreert (verzamelen) informatie.

Deelinstructie 2. Membraankanalen en elektrische potentialen Vraag 1: te lang om te typen check uw boek Er zijn dus 4 soorten membraankanalen. (staan toe dat ionen door het membraan kunnen) Gated  non-gated Gated: poort, stimulus nodig Non-gated: cte stroom, geen stimulus nodig 1. Leak channels 2. Modality-gated channels 3. Ligand-gated channels 4. Voltage-gated channels. Alle kanalen dienen ter opening van het membraan. Als de kanalen open zijn, diffunderen de ionen door de kanalen. ( Na +, K +, Cl- , Ca 2+. ) Leak channels: laten een kleine hoeveelheid ionen door het membraan diffunderen aan een traag tempo. Ze zijn belangrijk bij het behouden van de osmotische gradient. De andere worden gated channels genoemd omdat ze openen als een respons op een stimulus en ze sluiten als de stimulus is verwijderd. Dit is de enige niet vergrendelde membraankanaal. Voor de volgende 3 membraankanalen is er een

stimulus nodig die zorgt dat het membraankanaal geopend kan worden en terug gesloten kan worden indien de membraankanaal terug weg is. Modality-channels: specifiek voor sensorische neuronen. Opent als een respons op mechanische krachten zoals stretch, druk en tast. Maar ook op temperatuurswisselingen en chemicaliën. Ligand- channels: zij openen als er een neurotransmitter bindt op het oppervlak van een kanaalreceptor op een postsynaptische celmembraan. Zo kunnen dus geladen ionen van de extracellulaire omgeving naar de intracellulaire omgeving vloeien. Zo krijgen we lokale potentialen. Voltage-channels: openen als een reactie op de verandering van een elektrisch potentiaal doorheen het celmembraan. Zij open even snel als dat ze weer dichtgaan. Zij zijn belangrijk bij de vrijlating van neurotransmitters en de informatie van de actiepotentialen. ( zie hfst 3. )

2. Situeer het belang van een verandering in elektrische potentiaal over het neuron membraan? Snelle veranderingen in elektrische ladingen over het celmembraan brengt info over over het axon en brengt de vrijlaten van chemische transmitters teweeg naar andere neuronen. Verschil in elektrische lading, gedragen door ionen, noemt men elektrische potentiaal. Van dendriet naar cellichaam naar axon naar eindknop. Neuron in rust: membraanpotentiaal is het verschil in spanning tussen het inferior en exterior van de cel. Anion= neg. Geladen mol kation= pos. Geladen mol Na+ - K+ pomp: gebruikt ATP als energie om ionen actief over het membraan te verplaatsen tegen de elektrochemische gradient in. -> draagt 2 K+ ionen naar binnen en 3 Na+ ionen naar buiten ( uit de cel) -> zolang er ATP is blijft er ongelijke verdeling K+ en Na+ over het membraan -> elektrische lading -> membraanpotentiaal Resting membrane potential: bereidt het membraan voor op veranderingen in elektrische potentiaal. Membraan is gedepolariseerd wanneer de potentiaal minder negatief is dan de rustpotentiaal. Dit geldt ook wanneer de membraan is ‘gehyperpolariseerd’. Hyperpolarisatie doet het vermogen van een neuron om een elektrisch signaal te genereren verminderen. Modulatie = geleidelijke en lange veranderingen ih membraanpotentiaal -> brengt kleine veranderingen in elektrische potentiaal vh membraan met zich mee 3. Welke soorten van elektrische potentialen zijn belangrijk bij het doorgeven van informatie van neuronen?

Er bestaan 3 typen elektrische potentialen: ‘resting membrane potential’, lokale potentiaal, actiepotentiaal.

Deelinstructie 3: Rustpotentiaal van de celmembraan 1. Definieer het begrip ‘rustpotentiaal’ v.d. celmembraan. Welke waarde bedraagt deze in een zenuwcel? Geef een interpretatie aan deze waarde. Rustpotentiaal = de membraanpotentiaal v.e cel die in ‘rust’ verkeert, dus niet geprikkeld wordt. Dit is wanneer een neuron geen info overdraagt, dan noemt men de waarde van de elektrische potentiaal over het membraan de resting membrane potential. Bij zenuwcellen heeft de rustpotentiaal een waarde v ca. -70 mV (negatief). Het inwendige v.d. cel is negatief t.o.v het uitwendige  Het c-verschil tss intra- en extracellulair voor een bep. stof blijft constant wanneer passieve transport (met c-gradient mee) wordt gecompenseerd door een even groot actief transport: Na-K pompen (tegen c-gradient in).  het in stand houden v deze gradient kost dus Energie = ATP, als deze gradient verdwijnt door te weinig ATP -> prikkelbaarheid zenuwcel verdwijnt.  Passief transport bij ionen wordt niet enkel dr c-gradient bepaald! Maar ook door de elektrische gradient. Pos. ionen worden aangetrokken door Neg. cellen en omgekeerd.  Deze 2 gradienten kunnen elkaar tegenwerken of versterken.

2. Definieer concentratiegradiënt voor een ion. Kan je deze elektrisch uitdrukken? De concentratiegradiënt van een ion is het verschil tss de hoeveelheid van dat ion in de intraen extracellulaire stof. Concentratieverschil: voor K+ beter doorlaatbaar dan voor Na+ Elektrisch uitdrukken bv. Kalium -85 mV -> K+ wilt door c-gradient uit gaan, maar als K de cel verlaat wordt deze nog negatiever (rustpotentiaal = -70mV). Als de cel -85mV bereikt gaat K minder naar buiten bewegen, omdat het ion zich goed voelt bij deze lading. Na+ komt binnnen door het potentiaalverschil en concentratieverschil Natrium +60 mV -> Na+ wilt door c-gradient de cel binnenkomen, hierdoor wordt de cel positiever, als de cel +60mV bereikt gaat Na minder naar binnen bewegen. Na-K-pompen: meer Na+ binnen dan K+ buiten -> tegenwerken om lading constant te houden (neutraal)

3. Waarin ligt het verschil tussen de rustpotentiaal van een membraan en het evenwichtspotentiaal voor een bepaald ion? -

-

Rustpotentiaal = -70mV = som v wat gebeurt met evenwichtspotentialen v cl-, na+, k+. Er vindt geen verplaatsing van ionen plaats. Wordt bepaald door chemische concentratiegradiënt. Houdt er rekening mee dat het membraan permeabel is voor een paar ionen. Evenwichtspotentiaal: chemische concentratiegradiënt uitgedrukt in mV in plaats van mol. Gaat over 1 stof dus ontstaat wanneer enkel dat ion aanwezig zou zijn of er enkel een doorgang zou zijn in het membraan voor dat ion. (Kalium : -85mV; Natrium: +60mV) En het nettotransport van kalium komt tot stilstand wanneer de elektrische gradiënt

even sterk is als de concentratiegradiënt. (P86-87 bovenaan Burgerhout.)

4. Welke zijn de 3 belangrijkste ionen die bijdragen tot de potentiaal van een neuronmembraan in rust? K+, Na+, Cl5. In het HC over membraantransp. werd uiteengezet dat het passief transport v ionen o.a. afh. is v zowel c- als elektrische gradiënt. Bijgevolg zal richting en omvang v.d. resp. ionenstroom telkens bep. worden dr de 2 drijfkrachten samen (elektrochemische gradiënt). Schets nu zelf een celmembraan (in rust) die de intra-en extracellulaire omgeving v.h. neuron scheidt en teken de resp. concentratieverh. voor de resp. ionen vermeld in vorige deelinstructie. Teken verder in kleur vr elke soort ion de richting v.d. c-gradiënt, de elektrische gradiënt, geef uw besluit over de richting v.h.netto transport vr elk vernoemd ion.

6. Welk ion heeft de grootste invloed in het tot

stand komen van de rustpotentiaal over de membraan van het neuron en waarom? Kalium, omdat de permeabiliteit van het membraan voor kalium het grootst is in rust en daardoor gaat het concentratiepotentiaal meer neigen naar de elektrische potentiaal van Kalium. 85mV ligt korter bij -70mV dan +60mV. Gevolg van de grotere permeabiliteit voor K+ 7. Is er nu een netto inwaarts of uitwaarts gericht

transport van kalium ionen bij de waarde van de rustpotentiaal en waarom? Kaliumtransport is uitwaarts gericht (passief) bij een rustpotentiaal omdat onder normale omstandigheden de kaliumconcentratie in de cel groter is dan die van buiten de cel. De elektrochemische gradiënt = -20 mV  negatief : wordt met een waarde van 20 mV uit de cel gestoten 8. Hoe zou deze rustpotentiaal veranderen moest nu de geleidbaarheid voor natriumionen tien maal groter worden dan deze voor de kaliumionen? Wanneer de permeabiliteit voor natrium toeneemt en die voor kalium gelijk blijft of minder sterk toeneemt, zal de membraanpotentiaal minder negatief worden. Dit gebeurt wanneer een zenuwcel geprikkeld wordt. De prikkelbaarheid van zenuwcellen is gebaseerd op de mogelijkheid de membraanpermeabiliteit voor verschillende ionen selectief te beïnvloeden. 9. Wat

is de rol van de actieve natrium/kaliumpomp bij het tot stand komen van de rustpotentiaal?

De natrium-kaliumpomp (of Na+-K+-ATPase) is een enzym dat door middel van actief transport natrium-ionen de cel uit pompt, en kalium-ionen de cel in. Dit kost energie onder de vorm van ATP, omdat beide ionen tegen hun elektrochemische gradiënt in worden gepompt Omdat er voortduren kaliumionen uitstromen en natriumionen instromen, is actief transport noodzakelijk om de concentratiegradiënt te behouden. De natrium/kaliumpomp wordt geactiveerd door een verhoging van de intracellulaire natriumconcentratie en/of de

extracellulaire kaliumconcentratie ten opzichte van de streefwaarde. Doordat de Natrium/kaliumpomp meer natriumionen naar extracellulair verplaatst dan kaliumionen naar intracellulair, levert dit mechanisme tevens een bijdrage aan de totstandkoming van de rustpotentiaal -70mV. Bij een even groot actief transport van natrium en kalium zou de rustpotentiaal circa 4 mV minder negatief zijn. De pomp levert maar een kleine bijdrage aan de elektrische gradiënt (-5 tot -10 mV)

Deelinstructie 4: Veranderingen in de membraanpotentiaal zoals o. a. bij prikkelvorming 1. Verklaar het ontstaan van de receptorpotentiaal na prikkeling (zoals o.a. druk op de huid door de kinesitherapeut) van het perifere uiteinde van een sensorisch neuron. Welke stroomveranderingen treden er op? Welke kanaaleiwitten zijn hiervoor verantwoordelijk? Het perifere uiteinde v.e sensorisch neuron heeft de eigenschap dat het op prikkels reageert met selectieve toename v.d. permeabiliteit vr Na, cel wordt minder negatief (membraan laat meer natrium door)  Verhoogde Na-instroom veroorzaakt depolarisatie v.d. celmembraan. Dit houdt in dat de elektrische polariteit tussen de celinhoud en interstitium vermindert en de membraanpotentiaal een minder negatieve waarde krijgt. Deze potentiaalverandering wordt sensorpotentiaal (= generatorpotentiaal) genoemd. Sensorisch neuron werkt met modalitygated kanalen en zal dus reageren op vervorming etc. Waardoor de kanaaltjes open zullen gaan, de ionen kunnen bewegen en het potentiaal kan veranderen. Harder of zachter drukken maakt geen enkel verschil voor het openen van de kanalen. Waarom generatorpotentiaal (van -70 naar -50 is goed)? Genereert actiepotentiaal dat via axon verder geleid wordt naar andere cellen

2. Waarom is de receptorpotentiaal een lokale potentiaal? Bij prikkeling van een receptor ontstaat in de receptor een "exciterend postsynaptisch potentiaal" ; dit noemt men hier een "receptorpotentiaal" . Een receptorpotentiaal is een lokaal fenomeen, het wordt niet voortgeleid over de celmembraan naar andere delen van de cel. De grootte van de depolarisatie (amplitude) hangt af van de hoeveelheid Na ionen die in de cel stromen, en dit is functie van de intensiteit van de prikkel. Indien de drempelwaarde bereikt wordt, ontstaat in de afferente zenuw een actiepotentiaal. Een actiepotentiaal wordt wel voortgeleid over gans de lengte van de zenuwcel. De vorm van een actiepotentiaal is echter "standaard" en is niet voor wijzigingen vatbaar, het enige wat wel gewijzigd kan worden, is het aantal actiepotentialen per tijdseenheid (de frequentie), en dat is ook wat gebeurt: hoe groter de receptorpotentiaal (amplitude), hoe groter de frequentie ,van de actiepotentialen die in de afferente zenuw ontstaan en naar het centraal zenuwstelsel voortgeleid worden: dus een amplitudemodulatie (in de receptorcel) wordt omgezet in een frequentiemodulatie (in de afferente zenuwcel). De frequentie van de actiepotentiale is de boodschap die naar het centraal zenuwstelsel gaat, en informatie geeft over de intensiteit van een prikkel.

Een receptorpotentiaal is een lokaal fenomeen, het wordt niet voortgeleid over de celmembraan naar andere delen van de cel.

3. Verklaar het begrip depolarisatie met als referentiewaarde de rustpotentiaal. Hoe staan prikkelsterkte en amplitude v.d. generatorpotentiaal in relatie tot elkaar? Heeft dit voordelen? Depolarisatie: de elektrische polariteit tussen de celinhoud en het interstitium vermindert en de membraanpotentiaal krijgt een minder negatieve waarde. Het verband tussen prikkelsterkte en amplitude is niet lineair. Meestal is dit verband logaritmisch, hetgeen wil zeggen dat een exponentiële toename van de prikkelsterkte een lineaire stijging v.d. amplitude veroorzaakt. Dit stelt de sensorische neuron in staat over een groot bereik te reageren op verandering v.d. prikkelsterkte  we kunnen differentiëren!! Hoe groter prikkelsterkte, hoe meer Na-kanalen open gaan, hoe groter permeabiliteit voor Na, hoe groter depolarisatie, hoe groter amplitude!

4. Soms zal bij constante prikkelsterkte de generatorpotentiaal afnemen. Hoe wordt dit fenomeen genoemd? Adaptatie = aanpassing. (zie bv. vernauwing pupil bij fel licht): generatorpotentiaal kan niet meer opgewekt worden. Bijvoorbeeld een ring/horloge voelt men na een tijd niet meer zitten tot men deze beweegt. Drukreceptoren adapteren sneller dan anderen.

5. Het actiepotentiaal is ook een verandering van de membraanpotentiaal maar geen lokale potentiaal. Verklaar. Wanneer een lokaal potentiaal een depolarisatie veroorzaakt en daarbij een bepaald niveau, de treshold, bereikt, ontstaat er de zogenaamde actiepotentiaal. Een actiepotentiaal is een grote verandering in het membraanpotentiaal dat zich langs het hele membraan kan verplaatsen om zo van het ene deel van het lichaam naar het andere te komen. Kan zowel actief als passief

6. Daarenboven is het actiepotentiaal een ‘alles of niets’ verschijnsel. Verklaar. Actiepotentialen kunnen alleen ontstaan wanneer er sprake is van een depolariserend lokaal potentiaal. Ze ontstaan onder het alles-of-niets principe. Bij een depolariserend lokaal potentiaal dat groot genoeg is om de energiebarrière te overbruggen ontstaat een actiepotentiaal (‘alles’), bij een te kleine lokaal potentiaal is er geen actiepotentiaal, ongeacht de grootte(niets).

7. Schets het karakteristiek patroon van de actiepotentiaal in functie van de tijd. Welke 4 fasen vind je terug? -

-

fase 1: relatief langzame depolarisatie door opening van Na+-kanalen  hierdoor drempelwaarde bereikt (bij zenuwcellen van 5 tot 10 mV positief t.o.v. de rustpotentiaal). Generatorpotentiaal is aanloop tot actiepotentiaal. fase 2: snelle depolarisatie: membraanpotentiaal wordt snel minder negatief en vervolgens zelfs positief. Er vindt ompoling plaats. Na-kanalen gaan heel snel open, K

-

...