NEUROFYSIO
NEUROTRANSMISSIE
INLEIDING
Buitenkant = grijze stof
Glia = steuncellen tussen neuronen
Ongeveer evenvueel gliacellen en neuronen => 1:1 ratio tussen neuronen en niet-neurale cellen
Neuronen – gliacellen: miljarden
Synapsen: triljoenen => versch boodschapperstoffen mogelijk in 1 synaps
Tripartite synaps
Neurotransmitters/neuropeptiden: >100
Receptoren: metobotroop (GPCR, prod 2nd messenger: modulatie spanningsafh kanalen op neurale
membr)/ionotroop (ionenkanaal, korte toename iongeleiding, snelle synaptische transmissie) => regionale verschillen
Hersengbieden (Brodmann)
Large scale brain networks
DMN = default mode network: zelfreflectie, afdwalende gedachten, verleden herinneren, toekomst visualiseren
CEN = central executive network: doelgericht gedrag, werkgeheugen, besluitvorming
SN = salience network: moderator = verschuiven aandacht tussen intern en externe toestand + focus op
opvallende stimuli
DAN = dorsal attention network: externe stimulie voor doelgerichte taken, negeren irrelevante afleiding
SM = sensomotor network: visuele info verwerken, in occipitale kwab
Limbic = limbic network: reguleren en verwerken van emoties, geheugen en motivatie
NEUROTRANSMISSIE
Neurotransmitters = link medicijnen
Communicatie neuron-neuron OF neuron-effectororgaan = gemedieerd door vrijlating neurotransmitter remming of
excitatie postsynaptisch target
Neuromodulator = vrijgesteld door neuronen, geen/weinig direct effect => effecten van neurotransmitters wijzigen
3 hoofdklassen:
Small molec transmitters: AZ, Ach, monoamines
Large molec transmitters: neuropeptiden co-lokalisatie met small molec transmitter
Gas transmitters: NO, CO, ...
Presynaptische receptor = autoreceptor: verhinderen vrijstelling van neurotransmitter (soms facilitatie van vrijstelling)
+ feedback controle (vb: noradrenaline)
Presynaptische heteroreceptor: ligand andere chem stof dan neurotransmitter
Receptoren geconcentreerd in clusters op postsynaptisch membr bij uiteinde van neuronen
Desensitisatie = mindere/geen reactie meer bij RL binding => door langdurige blootstelling
FYSIOLOGIE VAN NEURO TRANSMITTERS EN RECEPTOREN
Otto Loewi: vagusstof = Ach = ontdekking neurotransmitters
Stim n vagus = vertragen hartslag
Transfer vloeistof van hart met gestim n vagus naar ander hart vertragen hartslag
,Criteria neurotransmitter substanties (geldt enkel voor klassieke neurotransmitters)
Synthese in presynaptisch neuron of axon uiteinde immunohistochem (enzym voor transmitter)
Presynaptisch gelokaliseerd + in voldoende hoev losgelaten
Exogene toedening = nabootsen effect van synaptische loslating agonisten voor medicijnen
Postsynaptische receptor blokkeren = effecten onderdrukt antagonisten voor medicijnen
Spec mech voor verwijdering uit synaptische spleet afbraak op opname neurotransmitter door neuron of gliacel
Klassieke neurotransmitters + biosyntethische enzymen (structuren NK):
Ach choline acetyltransferase
Adrenaline = biogeen amine Tyr hydroxylase + decarboxylase + dopamine Beta-hydroxylase +
methyltransferase
Noradrenaline = biogeen amine Tyr hydroxylase + decarboxylase + dopamine Beta-hydroxylase
Dopamine = biogeen amine Tyr hydroxylase + decarboxylase
Serotonine = biogeeen amine Trp hydroxylase + decarboxylase
Histamine = biogeen amine His decarboxylase
Glutamaat = AZ Glu decarboxylase
GABA = AZ
Glycine = AZ
Biogeen amine: afkomstige uit AZ + decarboxylase (zuur weg)
ACETYLCHOLINE
Effect in perifeer zenuwstelsel + autonoom zenwustelsel = NMJ
Ook in centraal zenuwstelsel = HIER BESPROKEN
SYNTHESE
AcetylCoA + Choline acetylcholine vesikels exocytose nicotine en mucscarine receptoren
Afbraak via acetylcholinesterase (in postsynaptisch membr van cholinerge synapsen)
Nicotine = ionotrope receptor
Muscarine = metabotrope receptor
CHOLINERGE SYNAPSEN
Nucleus basalis van meynert: thv basale voorhersenen, aanmaak Ach + diffusie projecties heel hersenen (schors),
RAS (formatio reticularis)
Ach naar hippocampus: geheugen
Ach naar amygadala: emoties
Alzheimer = vroegtijdige degeneratie van nucl basalis van meynert Ach opvoeren
Cholinerge neuronen van tegmentale nuclei projectie naar thalamus en voorhersenen
Thalamus = schakelstation gevoelswaarnemingen
Tegementum = middendeel van middenhersenen tussen basis pedunculi en tectum = basis hersenstam
Tectum = dak middenhersenen dorsaal van aquaduct = colliculi
FUNCTIES CHOLINERG SYSTEEM
Alertheid
Aandacht
REM slaap
Pereceptie verhogen
Geheugen: beter vastleggen info hippocampus
Cognitie: kennisverwerving verhogen
ROL FORMATIO RETICULARIS IN CONTROLE VAN CORTEX EN THALAMUS
RAS = formatio reticularis
Ach invloed op hersenschors: rechstreeks of via thalamus (gating via thalamische kernen)
Alle sensoriële input passeert thalamus (behalve olfactorisch) cortex
, Thalamische reticulaire kern:
Blokkeert thalamische nucl tijdens slaap (want geen Ach) geen sensorische input naar cortex
Geinhibeerd door Ach van RAS
CHOLINERGE RECEPTOREN
Nicotine receptor = ionotroop Ach receptor kanaal = snel:
Versch vormen
Elektrochem transmissie
Subtypes: NMJ of NN (neuronale receptor in hersenen)
Agonist = nicotine (NN, dopamine vrijstelling)
Antagonist = tubocurarine (NMJ, verlamming) curarisatie = volledige verlamming bij verdoving voor ingreep
Muscarine receptor = metabotroop = traag:
GPCR (EC N-terminal) metabole cascade
5 types allemaal in hersenen
Agonist = muscarine
Anatagonist = atropine (hallucinaties, verwardheid)
ALZHEIMER
3 pathways om ziekte te benaderen:
1: amyloid neerslag EC + neurofibrillaire tangles IC
2: tau prot
3: degeneratie cholinerge neuronen centrale cholinesterase inhibitoren: donepezil, galantamine, rivastigmine
CA1 pyramidale cellen in korrellaag van hippocampus beschadigd
NORADREANLINE
Binnen biogene neurotransmitters catecholamines = dopamine, noradrenaline, adrenaline
Adrenaline = boodschapper uit bijnieren
NORADRENERGE SYNAPSEN
Noradrenaline vrijgesteld door bijnier
In autonoom/sympathisch ZS
Enzymen kennen
Tyr hydroxylase: Tyr Dopa (catecholgroep)
Dopa decarboxylase: Dopa dopamine (amine)
Dopamine beta-hydroxylase: dopamine norepi (in dense core vesicles)
Phe ethanolamine-N-methyltransferase (PNMT): norepi epi)
Uit vesikel: methyltransferase: noradrenaline adrenaline
Vrijstelling geactiveerd door AP
Korte signalen snelle schakeling tussen versch neurotransmitters
Presynaptische receptoren = autoreceptor: inhiberende werking op uitgestuurd neuron
Gliacel = astrocyt => in de buurt van synaps
Presynaptische reuptake
NORADRENERGE SYSTEMEN IN HERSENEN
Locus caeruleus (thv pons) naar ruggenmerg voor pijnsysteem
Blauwe plekjes naast 4e ventrikel (ZB) kleur = neuromelanine
Deel van pontiene formatio reticularis
Lat tegmentaal systeem = dorsale motor nucleus van n vagus + nucleus tractus solitarius
Noradrenerge projecties:
limbisch systeem = gyrus cinguli + amygdala + hippocampus + thalamus
neocortex
ruggenmerg
Modulatie van transmissie => invloed op andere systemen
, Cingulum = tractus in limbisch systeem in diepte van gyrus cinguli + verder richting uncus = kern van witte stof =>
communicatie tussen verschillende delen van limbisch systeem
Spec binnen synaptische neuronen => monoamines (+ polyamines)
4 subtypes receptoren + allemaal GPCR
Receptor alfa 2 = presynaptisch = auto-inhibitie bij activatie:
Agonist: clonidine = anti-hypertensivum via hersenen
Metabotroop
Modulatie neurotransmissie
Beta receptoren = postsynaptisch:
Antagonist: beta-blockers = anti-hypertensivum via hart lipofiele beta blockers = effect in hersenen +
neveneffecten (vermoeidheid + depressie + verstoren REM)
Metabotroop
FUNCTIES VAN NORADRENERGE SYSTEMEN IN HERSENEN
Aandacht + waakzaamheid bij onverwachte prikkels/stress => via projectie naar hersenschors
Boost geheugen => via projectie naar hippocampus (limbisch systeem): beter onthouden bij stresssituatie
Modulatie van pijn => via ruggenmerg
Bepaalt stemming + gemoedstoestand => via projectie naar amygdala (limbisch systeem)
Regulatie hypothalamus/hypofyse => hormonen
Atonie tijdens REM slaap => atonie = slappe spieren door afwezigheid norepi
Locus caeruleus = mobiliseert hersenen <-> sympathische systeem = mobiliseert lichaam
AMFETAMINES (ZIE LATER)
= verhoogt exciterende noradrenerge transmissie + dopamine
Beinvloedt reputake => meer dopamine/norepi blijft in synaptische spleet = minder reuptake
OVERZICHT NEURONALE VERBINDINGEN IN CORTEX
Laag I:
Dicht bij hersenvliezen
Weinig activiteit
Laag II – III: kleine pyramidale cellen sturen axonen naar ander corticale gebieden = cortico-corticale efferenten
Corticocorticale efferenten => Commissurale verbindingen = corpus
callosum, ...
Cortico-corticale afferenten (blauw) synaps door alle lagen
Laag IV:
Inputlaag
Regionale verschillen: dikker in visuele cortex
Eindpunt van thalamocorticale vezels uit thalamus
Laag V: Pyramidale cellen met dendrieten + axon
Outputlaag
Uitsturen projectievezels met grote range subcorticale targets
Regionale verschillen: dikker in motorische cortex = Betz
I - IV = schakelingen tussen input – output = neuronale schakelingen
Ass cortices = hersenopp => verwerking tussen aankomst van input in
prim sensorische cortex en genereren van gedrag
Interneuronen (groen): inhibitorisch + lokale connecties
Diffuse corticale afferente vezels (grijs) = niet-spec thalamocorticale vezels + cholinerge vezels + monoaminerge
vezels vertakkingen over alle lagen = alle lagen geactiveerd
Corticale terminals in alle lagen
Diffusie cortical afferent fibers = projectie norepi: over alle lagen
ACTIVATIE VAN GLUTAMATERGE SYNAPSEN OIV NOR EN BETA-1RECEPTOREN (VISUEEL
SYSTEEM)
Interneuronen = inhiberend: hier door GABA
Visuele pathway: origine = retina n opticus thalamus schakeling thv LGN ( lat geniculate nucleus) projectie
LGN axonen naar prim visuele cortex
Prim visuele cortex: LGN axon op neuron in laag IV Glu vrijstelling corticaal inhiberend interneuron: inhibitie
GABA bevattende interneuronen axon van locus caeruleus op neuron in laag IV norepi vrijstelling norepi bindt
op beta-1 receptoren op dendrieten van neuron modulatie: exciteerbaarheid verhoogd Ca-geactiveerde K
kanalen sluiten na-hyperpolarisatie sneller AP + exctiteerbaarheid stijgt
NEUROTRANSMISSIE
INLEIDING
Buitenkant = grijze stof
Glia = steuncellen tussen neuronen
Ongeveer evenvueel gliacellen en neuronen => 1:1 ratio tussen neuronen en niet-neurale cellen
Neuronen – gliacellen: miljarden
Synapsen: triljoenen => versch boodschapperstoffen mogelijk in 1 synaps
Tripartite synaps
Neurotransmitters/neuropeptiden: >100
Receptoren: metobotroop (GPCR, prod 2nd messenger: modulatie spanningsafh kanalen op neurale
membr)/ionotroop (ionenkanaal, korte toename iongeleiding, snelle synaptische transmissie) => regionale verschillen
Hersengbieden (Brodmann)
Large scale brain networks
DMN = default mode network: zelfreflectie, afdwalende gedachten, verleden herinneren, toekomst visualiseren
CEN = central executive network: doelgericht gedrag, werkgeheugen, besluitvorming
SN = salience network: moderator = verschuiven aandacht tussen intern en externe toestand + focus op
opvallende stimuli
DAN = dorsal attention network: externe stimulie voor doelgerichte taken, negeren irrelevante afleiding
SM = sensomotor network: visuele info verwerken, in occipitale kwab
Limbic = limbic network: reguleren en verwerken van emoties, geheugen en motivatie
NEUROTRANSMISSIE
Neurotransmitters = link medicijnen
Communicatie neuron-neuron OF neuron-effectororgaan = gemedieerd door vrijlating neurotransmitter remming of
excitatie postsynaptisch target
Neuromodulator = vrijgesteld door neuronen, geen/weinig direct effect => effecten van neurotransmitters wijzigen
3 hoofdklassen:
Small molec transmitters: AZ, Ach, monoamines
Large molec transmitters: neuropeptiden co-lokalisatie met small molec transmitter
Gas transmitters: NO, CO, ...
Presynaptische receptor = autoreceptor: verhinderen vrijstelling van neurotransmitter (soms facilitatie van vrijstelling)
+ feedback controle (vb: noradrenaline)
Presynaptische heteroreceptor: ligand andere chem stof dan neurotransmitter
Receptoren geconcentreerd in clusters op postsynaptisch membr bij uiteinde van neuronen
Desensitisatie = mindere/geen reactie meer bij RL binding => door langdurige blootstelling
FYSIOLOGIE VAN NEURO TRANSMITTERS EN RECEPTOREN
Otto Loewi: vagusstof = Ach = ontdekking neurotransmitters
Stim n vagus = vertragen hartslag
Transfer vloeistof van hart met gestim n vagus naar ander hart vertragen hartslag
,Criteria neurotransmitter substanties (geldt enkel voor klassieke neurotransmitters)
Synthese in presynaptisch neuron of axon uiteinde immunohistochem (enzym voor transmitter)
Presynaptisch gelokaliseerd + in voldoende hoev losgelaten
Exogene toedening = nabootsen effect van synaptische loslating agonisten voor medicijnen
Postsynaptische receptor blokkeren = effecten onderdrukt antagonisten voor medicijnen
Spec mech voor verwijdering uit synaptische spleet afbraak op opname neurotransmitter door neuron of gliacel
Klassieke neurotransmitters + biosyntethische enzymen (structuren NK):
Ach choline acetyltransferase
Adrenaline = biogeen amine Tyr hydroxylase + decarboxylase + dopamine Beta-hydroxylase +
methyltransferase
Noradrenaline = biogeen amine Tyr hydroxylase + decarboxylase + dopamine Beta-hydroxylase
Dopamine = biogeen amine Tyr hydroxylase + decarboxylase
Serotonine = biogeeen amine Trp hydroxylase + decarboxylase
Histamine = biogeen amine His decarboxylase
Glutamaat = AZ Glu decarboxylase
GABA = AZ
Glycine = AZ
Biogeen amine: afkomstige uit AZ + decarboxylase (zuur weg)
ACETYLCHOLINE
Effect in perifeer zenuwstelsel + autonoom zenwustelsel = NMJ
Ook in centraal zenuwstelsel = HIER BESPROKEN
SYNTHESE
AcetylCoA + Choline acetylcholine vesikels exocytose nicotine en mucscarine receptoren
Afbraak via acetylcholinesterase (in postsynaptisch membr van cholinerge synapsen)
Nicotine = ionotrope receptor
Muscarine = metabotrope receptor
CHOLINERGE SYNAPSEN
Nucleus basalis van meynert: thv basale voorhersenen, aanmaak Ach + diffusie projecties heel hersenen (schors),
RAS (formatio reticularis)
Ach naar hippocampus: geheugen
Ach naar amygadala: emoties
Alzheimer = vroegtijdige degeneratie van nucl basalis van meynert Ach opvoeren
Cholinerge neuronen van tegmentale nuclei projectie naar thalamus en voorhersenen
Thalamus = schakelstation gevoelswaarnemingen
Tegementum = middendeel van middenhersenen tussen basis pedunculi en tectum = basis hersenstam
Tectum = dak middenhersenen dorsaal van aquaduct = colliculi
FUNCTIES CHOLINERG SYSTEEM
Alertheid
Aandacht
REM slaap
Pereceptie verhogen
Geheugen: beter vastleggen info hippocampus
Cognitie: kennisverwerving verhogen
ROL FORMATIO RETICULARIS IN CONTROLE VAN CORTEX EN THALAMUS
RAS = formatio reticularis
Ach invloed op hersenschors: rechstreeks of via thalamus (gating via thalamische kernen)
Alle sensoriële input passeert thalamus (behalve olfactorisch) cortex
, Thalamische reticulaire kern:
Blokkeert thalamische nucl tijdens slaap (want geen Ach) geen sensorische input naar cortex
Geinhibeerd door Ach van RAS
CHOLINERGE RECEPTOREN
Nicotine receptor = ionotroop Ach receptor kanaal = snel:
Versch vormen
Elektrochem transmissie
Subtypes: NMJ of NN (neuronale receptor in hersenen)
Agonist = nicotine (NN, dopamine vrijstelling)
Antagonist = tubocurarine (NMJ, verlamming) curarisatie = volledige verlamming bij verdoving voor ingreep
Muscarine receptor = metabotroop = traag:
GPCR (EC N-terminal) metabole cascade
5 types allemaal in hersenen
Agonist = muscarine
Anatagonist = atropine (hallucinaties, verwardheid)
ALZHEIMER
3 pathways om ziekte te benaderen:
1: amyloid neerslag EC + neurofibrillaire tangles IC
2: tau prot
3: degeneratie cholinerge neuronen centrale cholinesterase inhibitoren: donepezil, galantamine, rivastigmine
CA1 pyramidale cellen in korrellaag van hippocampus beschadigd
NORADREANLINE
Binnen biogene neurotransmitters catecholamines = dopamine, noradrenaline, adrenaline
Adrenaline = boodschapper uit bijnieren
NORADRENERGE SYNAPSEN
Noradrenaline vrijgesteld door bijnier
In autonoom/sympathisch ZS
Enzymen kennen
Tyr hydroxylase: Tyr Dopa (catecholgroep)
Dopa decarboxylase: Dopa dopamine (amine)
Dopamine beta-hydroxylase: dopamine norepi (in dense core vesicles)
Phe ethanolamine-N-methyltransferase (PNMT): norepi epi)
Uit vesikel: methyltransferase: noradrenaline adrenaline
Vrijstelling geactiveerd door AP
Korte signalen snelle schakeling tussen versch neurotransmitters
Presynaptische receptoren = autoreceptor: inhiberende werking op uitgestuurd neuron
Gliacel = astrocyt => in de buurt van synaps
Presynaptische reuptake
NORADRENERGE SYSTEMEN IN HERSENEN
Locus caeruleus (thv pons) naar ruggenmerg voor pijnsysteem
Blauwe plekjes naast 4e ventrikel (ZB) kleur = neuromelanine
Deel van pontiene formatio reticularis
Lat tegmentaal systeem = dorsale motor nucleus van n vagus + nucleus tractus solitarius
Noradrenerge projecties:
limbisch systeem = gyrus cinguli + amygdala + hippocampus + thalamus
neocortex
ruggenmerg
Modulatie van transmissie => invloed op andere systemen
, Cingulum = tractus in limbisch systeem in diepte van gyrus cinguli + verder richting uncus = kern van witte stof =>
communicatie tussen verschillende delen van limbisch systeem
Spec binnen synaptische neuronen => monoamines (+ polyamines)
4 subtypes receptoren + allemaal GPCR
Receptor alfa 2 = presynaptisch = auto-inhibitie bij activatie:
Agonist: clonidine = anti-hypertensivum via hersenen
Metabotroop
Modulatie neurotransmissie
Beta receptoren = postsynaptisch:
Antagonist: beta-blockers = anti-hypertensivum via hart lipofiele beta blockers = effect in hersenen +
neveneffecten (vermoeidheid + depressie + verstoren REM)
Metabotroop
FUNCTIES VAN NORADRENERGE SYSTEMEN IN HERSENEN
Aandacht + waakzaamheid bij onverwachte prikkels/stress => via projectie naar hersenschors
Boost geheugen => via projectie naar hippocampus (limbisch systeem): beter onthouden bij stresssituatie
Modulatie van pijn => via ruggenmerg
Bepaalt stemming + gemoedstoestand => via projectie naar amygdala (limbisch systeem)
Regulatie hypothalamus/hypofyse => hormonen
Atonie tijdens REM slaap => atonie = slappe spieren door afwezigheid norepi
Locus caeruleus = mobiliseert hersenen <-> sympathische systeem = mobiliseert lichaam
AMFETAMINES (ZIE LATER)
= verhoogt exciterende noradrenerge transmissie + dopamine
Beinvloedt reputake => meer dopamine/norepi blijft in synaptische spleet = minder reuptake
OVERZICHT NEURONALE VERBINDINGEN IN CORTEX
Laag I:
Dicht bij hersenvliezen
Weinig activiteit
Laag II – III: kleine pyramidale cellen sturen axonen naar ander corticale gebieden = cortico-corticale efferenten
Corticocorticale efferenten => Commissurale verbindingen = corpus
callosum, ...
Cortico-corticale afferenten (blauw) synaps door alle lagen
Laag IV:
Inputlaag
Regionale verschillen: dikker in visuele cortex
Eindpunt van thalamocorticale vezels uit thalamus
Laag V: Pyramidale cellen met dendrieten + axon
Outputlaag
Uitsturen projectievezels met grote range subcorticale targets
Regionale verschillen: dikker in motorische cortex = Betz
I - IV = schakelingen tussen input – output = neuronale schakelingen
Ass cortices = hersenopp => verwerking tussen aankomst van input in
prim sensorische cortex en genereren van gedrag
Interneuronen (groen): inhibitorisch + lokale connecties
Diffuse corticale afferente vezels (grijs) = niet-spec thalamocorticale vezels + cholinerge vezels + monoaminerge
vezels vertakkingen over alle lagen = alle lagen geactiveerd
Corticale terminals in alle lagen
Diffusie cortical afferent fibers = projectie norepi: over alle lagen
ACTIVATIE VAN GLUTAMATERGE SYNAPSEN OIV NOR EN BETA-1RECEPTOREN (VISUEEL
SYSTEEM)
Interneuronen = inhiberend: hier door GABA
Visuele pathway: origine = retina n opticus thalamus schakeling thv LGN ( lat geniculate nucleus) projectie
LGN axonen naar prim visuele cortex
Prim visuele cortex: LGN axon op neuron in laag IV Glu vrijstelling corticaal inhiberend interneuron: inhibitie
GABA bevattende interneuronen axon van locus caeruleus op neuron in laag IV norepi vrijstelling norepi bindt
op beta-1 receptoren op dendrieten van neuron modulatie: exciteerbaarheid verhoogd Ca-geactiveerde K
kanalen sluiten na-hyperpolarisatie sneller AP + exctiteerbaarheid stijgt
