NEUROFYSIOLOGIE
H4: INLEIDING TOT DE NEUROFYSIOLOGIE
4.1 INTRODUCTIE
Neurofysiologie = studie van werking en functie van zenuwstelsel
Zenuwstelsel voelt, integreert en reageert op verschillende prikkels
Obv lichaamcontrole kan CZS niet functioneel worden opgedeeld, maar PZS heeft 2 functionele divisies:
• Sensorische/ afferente divisie: zenuwen die externe informatie van sensorische receptoren aan CZS geven
• Motorische/efferente divisie: zenuwen die impulsen doorgeven van CZS naar effectoren zoals spieren en klieren
à Motorische is nog opgedeeld in somatische en autonomische systeem
o Somatische tak bestuurd bewegingen van spieren zowel bewuste als onwillekeurige (reflexen)
o Autonome tak bestuurd gladde- en hartspieren en klieren en regelt onbewust fysiologische processen
§ Autonome tak bestaat uit sympathische en parasympathische tak die tegengestelde functies
regelen, enterische zenuwstelsel bestaat uit netwerk van neuronen dat beweging en afscheiding
van maagdarmkanaal regelt
4.2 ONTWIKKELING VAN HET ZENUWSTELSEL
4.2.1 VAN NEURALE BUIS TOT CENTRAAL ZENUWSTELSEL
CZS ontstaat tijdens embryonale ontwikkeling uit neurale plaat, die uitgroeit tot
neurale buis
Aan beide uiteinden van neurale buis zijn openingen die sluiten rond 23e-26e dag van
zwangerschap
- Na sluiting van anterieure opening vormt holte het primitieve brein met 3
ventrikels (= voor-midden-achter hersenen)
Door groei en buiging van voorste delen van neurale buis ontstaat hersenschors die
subcorticale en hersenstamstructuren omhult
Achterste deel van neurale buis differentieert in herhaalde segmenten die ruggenmerg vormen
- Onvolledige sluiting van openingen kan leiden tot neurale defecten zoals anencefalie of spina bifida
o Anencefalie: afwezigheid van groot deel van hersenen en schedel (wanneer voorste deel van buis niet
correct toe gaat)
o Spina bifida: open rug, uitblijven van enkele wervels (wanneer achterste deel van buis niet correct toe
gaat
Spina bifida:
- Niet toegroeien van distale deel van neurale buis
- Kan voor veel problemen zorgen: motorische problemen afhankelijk van letselniveau, continentieproblemen, …
- Uitstulpsel krijgen op rug (heel problematisch voor kindjes) à 50-70% van die ruggetjes worden gevormd door
vitamine D deficiëntie/ foliumzuurdeficiëntie
o Aanraden om vanaf dat je zwanger wilt worden foliumzuursupplementen in te nemen, zeker eerste 8-12
weken à kind beschermen tegen aangeboren afwijkingen aan hersenen en ruggenmerg (foliumzuur zit
ook in bladgroenten of groene groenten)
1
,4.2.2 NEUROGENESE, NEURALE PROLIFERATIE EN MIGRATIE VAN CORTICALE CELLEN
Proliferatie: eerste stap in aanmaak van nieuwe neuronen => neurogenese
- Tussen 5e week en 5e maand van zwangerschap
- Gebeurt in wand van neurale buis
- Neuronen ontstaan uit laag precursorcellen in proliferatieve zones naast ventrikels van zich ontwikkelende
hersenen
o Corticale neuronen komen voort uit subventriculaire zone
o Neuronen van andere hersengebieden komen voort uit ventriculaire zone
o Precursorcellen = ongedifferentieerde cellen die ontstaan door celdeling en differentiatie
Tijdens eerste 5-6 weken delen cellen in subventriculaire zone zich symmetrisch à leidt tot exponentiële groei van
precursorcellen
Na 6 weken begint asymmetrische celdeling: één cel migreert, andere blijft zich delen in subventriculaire zone
- Migrerende cellen bewegen zich langs radiale gliacellen van subventriculaire zone naar oppervlak van de zich
ontwikkelende cortex
o Later in zwangerschap neemt aantal migrerende cellen toe totdat laminaire (gelaagde) cortex wordt
gevormd
Laminair georganiseerde cortex bevat verschillende soorten neuronen
- Laag IV bevat grote piramidale cellen
- Laag III bestaat voornamelijk uit stervormige neuronen
à Type neuron dat uit identieke precursorcellen ontstaat, wordt bepaald door timing van neurogenese
Experimentele manipulaties van ontwikkelende cellen tonen aan dat gedifferentieerde celtype niet genetisch vastligt in
elk ontwikkelend neuron
- Neuronen die niet migreren (door blootstelling aan hoogenergetische röntgenstralen) ontwikkelen celtypen en
connectiviteitspatronen die passen bij stadium waarin ze zijn gevormd
o Kunnen in ventriculaire zone blijven, maar vertonen toch verbindingen die overeenkomen met neuronen
van hun normale corticale laag
- Tijdlijn van corticale neurogenese verschilt tussen verschillende lagen
o Proces beïnvloedt hersenontwikkeling van foetus tijdens zwangerschap
o Bv bij foetaal alcoholsyndroom wordt neuronale migratie verstoord door chronisch alcoholgebruik van
moeder
§ Verstoorde cortex en diverse cognitieve, emotionele en fysieke handicaps
§ Vertraagde groei: oa lager geboortegewicht, kleine hoofdomtrek
§ Gezichtsafwijkingen: oa afgeplat gezicht, lage oren, kleine kin
§ Neurologische afwijkingen: bv slechte spiercoördinatie, hyperactiviteit of autistisch gedrag
4.2.3 DE VERDERE GROEI VAN HET CENTRALE ZENUWSTELSEL
Bijna alle neuronen worden prenataal gevormd tijdens 2e trimester van zwangerschap
- Axonale myelinisatie gaat postnataal verder, bv in frontale kwab tot leeftijd van 20–25 jaar
o Toch bezit pasgeborene volledige patroon van grove en cellulaire neurale anatomie en goed ontwikkelde
cortex met volwassen corticale lagen en gebieden
Hersenen verviervoudigen in omvang tussen geboorte en volwassenheid, niet door meer neuronen maar door vorming van
synapsen en groei van dendrieten
Synaptogenese (vorming van synapsen) begint vóór week 27 van zwangerschap
2
, - Bereikt piek in eerste 15 levensmaanden
- Begint eerder in diepere corticale lagen en later in oppervlakkige lagen à overeenkomstig patroon van
neurogenese
- Tegelijk met synaptogenese vergroten neuronen van hersenen omvang van dendrieten, breiden axonen zich uit en
treedt myelinisatie op
Na synaptogenese volgt synaps-eliminatie à duurt >10 jaar
- Synaps-eliminatie stemt de neurale connectiviteit af door onderlinge overtollige, ongebruikte of niet-functionele
verbindingen te verwijderen
- Postnatale toename van hersenvolume à ook door proliferatie van gliacellen
Neurotrophines:
- Promoten neuronale groei en overleving
- Begeleiden axonen
- Stimuleren synaptogenese
4.2.4 NEUROGENESE IN DE VOLWASSEN MENS
Tot 2 decennia geleden dacht men dat volwassen brein geen nieuwe neuronen meer aanmaakt
- Recente studies met moderne neuro-anatomische technieken hebben deze overtuiging aangevochten
- Bewezen dat bij volwassenen neurogenese voorkomt in minstens 2 hersengebieden: hippocampus en bulbus
olfactorius
o Neurogenese in hippocampus is opmerkelijk, omdat dit gebied sleutelrol speelt bij leren en geheugen à
biedt perspectieven voor levenslang leren
Bij knaagdieren produceren stamcellen in dentate gyrus (deel van hippocampus) nieuwe neuronen in volwassenen
- Deze nieuwe neuronen migreren naar hippocampusgebieden waar soortgelijke neuronen functioneren
- Ze vormen dendrieten, sturen axonen uit à vertonen normale synaptische activiteit
- Aantal nieuwgevormde neuronen:
o Correleert positief met leren, sociale interactie, verrijkte fysieke omgevingen en fysieke activiteit
o Correleert negatief met stress, zoals leven in een overvolle omgeving
- Aantal pasgeboren neuronen hangt samen met hippocampusafhankelijk geheugen
- Nieuwe neuronen worden geïntegreerd in functionele netwerken en nemen deel aan gedrags- en cognitieve
functies zoals ontwikkelingsneuronen
Experiment Erikson: proef met kankerpatiënten
- Hebben neuronen gemerkt bij mensen met kanker, tijdens behandeling hebben ze BrdU toegebracht à nadat ze
gestorven worden konden ze zien of er neurogenese had plaatsgevonden
- Er vind effectief neurogenese plaats in hersenen bij mensen à geeft breed scala aan mogelijkheden voor
toekomst
Laatste 2 decennia werd veel ingezet op vinden van methoden om neuronale groei te bevorderen en zo hersenschade en
effecten van ziekten zoals Alzheimer en dementie te beperken
- Fysieke activiteit en verrijkte omgevingen bevorderen neurogenese en neuroplasticiteit
4.3 DE OPDELING VAN HET ZENUWSTELSEL
Volledig ontwikkelde ZS wordt anatomisch verdeeld in 2 delen: CZS en PZS
- CZS bestaat uit hersenen en ruggenmerg
- PZS vormt verbinding tussen CZS en verschillende stelsels van lichaam
3
, ZS kan ook worden opgedeeld in somatisch en autonoom zenuwstelsel
- Somatisch zenuwstelsel = cerebrospinaal ZS of willekeurig ZS
o Omvat CZS en somatisch deel van PZS (zenuwen van hoofd, romp en ledematen)
o Ontvangt sensorische informatie en stuurt skeletspieren bewust aan
- Autonome zenuwstelsel (= onwillekeurig ZS of viscerale ZS) bestaat uit (ortho)sympathische en
parasympathische zenuwstelsel
o Regelt onbewuste lichaamsfuncties zoals glad spierweefsel, hart, spijsvertering en klieren
- (Ortho)sympathische en parasympathische systeem werken vaak antagonistisch
Voorbeeld (van somatisch ZS): we zien glas water à geeft input aan onze hersenen à hersenen gaan dan spieren
aansturen om effectief glas water naar onze mond toe te brengen
Bestaat uit OZS (blauw) en PZS (rood)
à Deze 2 maken ons lichaam klaar voor fight of flight reactie
Vechtreactie (sympathisch ZS): lichaam maakt zich klaar voor actie;
bijnieren geven adrenaline af à bloed gaat van spijsvertering naar
spieren, hartslag en ademhaling stijgen, meer zweten om af te koelen
Vlucht-/rustreactie (parasympathisch ZS): lichaam komt tot rust;
hartslag daalt, ademhaling vertraagt, bloed gaat terug naar
spijsvertering
Hersenen:
- Wegen gemiddeld 2% van ons lichaamsgewicht
- Verbruiken 20% zuurstof
- Verbruiken 20-25% van ons rustmetabolisme (glucose)
- Heeft 160.000 km aan bloedvaten
- Heeft 100 biljoen neuronen en cellen
- Kan slechts 4-6 minuten zonder zuurstof overleven
- … Is heel complex systeem
Hersenen voelen, integreren en reageren op prikkels:
- Sensatie = via receptoren ontvangen ze prikkels uit omgeving die ze doorsturen naar CZS
- Integratie = verwerken en interpreteren sensorische informatie en maken beslissing om juiste actie te genereren
- Motorische output = sturen signalen van CZS naar spieren en klieren
H5: DE VERSCHILLENDE CELTYPES IN HET ZENUWSTELSEL EN HUN FUNCTIES
5.1 INTRODUCTIE
Zenuwstelsel bestaat uit 2 hoofdklassen van cellen: neuronen en gliacellen
Neuronen
- Zenden informatie door in zenuwstelsel
- Verschillen in vorm, locatie en onderlinge connectiviteit, wat samenhangt met hun functies
- Elk neuron heeft cellichaam en uitlopers (axonen en dendrieten) waarmee informatie wordt doorgestuurd
Gliacellen
- Niet-neurale cellen met verschillende functies in zenuwstelsel
o Bieden structurele ondersteuning en elektrische isolatie aan neuronen en moduleren neuronale activiteit
- Kunnen rol spelen in neuroplasticiteit van zenuwstelsel
4
H4: INLEIDING TOT DE NEUROFYSIOLOGIE
4.1 INTRODUCTIE
Neurofysiologie = studie van werking en functie van zenuwstelsel
Zenuwstelsel voelt, integreert en reageert op verschillende prikkels
Obv lichaamcontrole kan CZS niet functioneel worden opgedeeld, maar PZS heeft 2 functionele divisies:
• Sensorische/ afferente divisie: zenuwen die externe informatie van sensorische receptoren aan CZS geven
• Motorische/efferente divisie: zenuwen die impulsen doorgeven van CZS naar effectoren zoals spieren en klieren
à Motorische is nog opgedeeld in somatische en autonomische systeem
o Somatische tak bestuurd bewegingen van spieren zowel bewuste als onwillekeurige (reflexen)
o Autonome tak bestuurd gladde- en hartspieren en klieren en regelt onbewust fysiologische processen
§ Autonome tak bestaat uit sympathische en parasympathische tak die tegengestelde functies
regelen, enterische zenuwstelsel bestaat uit netwerk van neuronen dat beweging en afscheiding
van maagdarmkanaal regelt
4.2 ONTWIKKELING VAN HET ZENUWSTELSEL
4.2.1 VAN NEURALE BUIS TOT CENTRAAL ZENUWSTELSEL
CZS ontstaat tijdens embryonale ontwikkeling uit neurale plaat, die uitgroeit tot
neurale buis
Aan beide uiteinden van neurale buis zijn openingen die sluiten rond 23e-26e dag van
zwangerschap
- Na sluiting van anterieure opening vormt holte het primitieve brein met 3
ventrikels (= voor-midden-achter hersenen)
Door groei en buiging van voorste delen van neurale buis ontstaat hersenschors die
subcorticale en hersenstamstructuren omhult
Achterste deel van neurale buis differentieert in herhaalde segmenten die ruggenmerg vormen
- Onvolledige sluiting van openingen kan leiden tot neurale defecten zoals anencefalie of spina bifida
o Anencefalie: afwezigheid van groot deel van hersenen en schedel (wanneer voorste deel van buis niet
correct toe gaat)
o Spina bifida: open rug, uitblijven van enkele wervels (wanneer achterste deel van buis niet correct toe
gaat
Spina bifida:
- Niet toegroeien van distale deel van neurale buis
- Kan voor veel problemen zorgen: motorische problemen afhankelijk van letselniveau, continentieproblemen, …
- Uitstulpsel krijgen op rug (heel problematisch voor kindjes) à 50-70% van die ruggetjes worden gevormd door
vitamine D deficiëntie/ foliumzuurdeficiëntie
o Aanraden om vanaf dat je zwanger wilt worden foliumzuursupplementen in te nemen, zeker eerste 8-12
weken à kind beschermen tegen aangeboren afwijkingen aan hersenen en ruggenmerg (foliumzuur zit
ook in bladgroenten of groene groenten)
1
,4.2.2 NEUROGENESE, NEURALE PROLIFERATIE EN MIGRATIE VAN CORTICALE CELLEN
Proliferatie: eerste stap in aanmaak van nieuwe neuronen => neurogenese
- Tussen 5e week en 5e maand van zwangerschap
- Gebeurt in wand van neurale buis
- Neuronen ontstaan uit laag precursorcellen in proliferatieve zones naast ventrikels van zich ontwikkelende
hersenen
o Corticale neuronen komen voort uit subventriculaire zone
o Neuronen van andere hersengebieden komen voort uit ventriculaire zone
o Precursorcellen = ongedifferentieerde cellen die ontstaan door celdeling en differentiatie
Tijdens eerste 5-6 weken delen cellen in subventriculaire zone zich symmetrisch à leidt tot exponentiële groei van
precursorcellen
Na 6 weken begint asymmetrische celdeling: één cel migreert, andere blijft zich delen in subventriculaire zone
- Migrerende cellen bewegen zich langs radiale gliacellen van subventriculaire zone naar oppervlak van de zich
ontwikkelende cortex
o Later in zwangerschap neemt aantal migrerende cellen toe totdat laminaire (gelaagde) cortex wordt
gevormd
Laminair georganiseerde cortex bevat verschillende soorten neuronen
- Laag IV bevat grote piramidale cellen
- Laag III bestaat voornamelijk uit stervormige neuronen
à Type neuron dat uit identieke precursorcellen ontstaat, wordt bepaald door timing van neurogenese
Experimentele manipulaties van ontwikkelende cellen tonen aan dat gedifferentieerde celtype niet genetisch vastligt in
elk ontwikkelend neuron
- Neuronen die niet migreren (door blootstelling aan hoogenergetische röntgenstralen) ontwikkelen celtypen en
connectiviteitspatronen die passen bij stadium waarin ze zijn gevormd
o Kunnen in ventriculaire zone blijven, maar vertonen toch verbindingen die overeenkomen met neuronen
van hun normale corticale laag
- Tijdlijn van corticale neurogenese verschilt tussen verschillende lagen
o Proces beïnvloedt hersenontwikkeling van foetus tijdens zwangerschap
o Bv bij foetaal alcoholsyndroom wordt neuronale migratie verstoord door chronisch alcoholgebruik van
moeder
§ Verstoorde cortex en diverse cognitieve, emotionele en fysieke handicaps
§ Vertraagde groei: oa lager geboortegewicht, kleine hoofdomtrek
§ Gezichtsafwijkingen: oa afgeplat gezicht, lage oren, kleine kin
§ Neurologische afwijkingen: bv slechte spiercoördinatie, hyperactiviteit of autistisch gedrag
4.2.3 DE VERDERE GROEI VAN HET CENTRALE ZENUWSTELSEL
Bijna alle neuronen worden prenataal gevormd tijdens 2e trimester van zwangerschap
- Axonale myelinisatie gaat postnataal verder, bv in frontale kwab tot leeftijd van 20–25 jaar
o Toch bezit pasgeborene volledige patroon van grove en cellulaire neurale anatomie en goed ontwikkelde
cortex met volwassen corticale lagen en gebieden
Hersenen verviervoudigen in omvang tussen geboorte en volwassenheid, niet door meer neuronen maar door vorming van
synapsen en groei van dendrieten
Synaptogenese (vorming van synapsen) begint vóór week 27 van zwangerschap
2
, - Bereikt piek in eerste 15 levensmaanden
- Begint eerder in diepere corticale lagen en later in oppervlakkige lagen à overeenkomstig patroon van
neurogenese
- Tegelijk met synaptogenese vergroten neuronen van hersenen omvang van dendrieten, breiden axonen zich uit en
treedt myelinisatie op
Na synaptogenese volgt synaps-eliminatie à duurt >10 jaar
- Synaps-eliminatie stemt de neurale connectiviteit af door onderlinge overtollige, ongebruikte of niet-functionele
verbindingen te verwijderen
- Postnatale toename van hersenvolume à ook door proliferatie van gliacellen
Neurotrophines:
- Promoten neuronale groei en overleving
- Begeleiden axonen
- Stimuleren synaptogenese
4.2.4 NEUROGENESE IN DE VOLWASSEN MENS
Tot 2 decennia geleden dacht men dat volwassen brein geen nieuwe neuronen meer aanmaakt
- Recente studies met moderne neuro-anatomische technieken hebben deze overtuiging aangevochten
- Bewezen dat bij volwassenen neurogenese voorkomt in minstens 2 hersengebieden: hippocampus en bulbus
olfactorius
o Neurogenese in hippocampus is opmerkelijk, omdat dit gebied sleutelrol speelt bij leren en geheugen à
biedt perspectieven voor levenslang leren
Bij knaagdieren produceren stamcellen in dentate gyrus (deel van hippocampus) nieuwe neuronen in volwassenen
- Deze nieuwe neuronen migreren naar hippocampusgebieden waar soortgelijke neuronen functioneren
- Ze vormen dendrieten, sturen axonen uit à vertonen normale synaptische activiteit
- Aantal nieuwgevormde neuronen:
o Correleert positief met leren, sociale interactie, verrijkte fysieke omgevingen en fysieke activiteit
o Correleert negatief met stress, zoals leven in een overvolle omgeving
- Aantal pasgeboren neuronen hangt samen met hippocampusafhankelijk geheugen
- Nieuwe neuronen worden geïntegreerd in functionele netwerken en nemen deel aan gedrags- en cognitieve
functies zoals ontwikkelingsneuronen
Experiment Erikson: proef met kankerpatiënten
- Hebben neuronen gemerkt bij mensen met kanker, tijdens behandeling hebben ze BrdU toegebracht à nadat ze
gestorven worden konden ze zien of er neurogenese had plaatsgevonden
- Er vind effectief neurogenese plaats in hersenen bij mensen à geeft breed scala aan mogelijkheden voor
toekomst
Laatste 2 decennia werd veel ingezet op vinden van methoden om neuronale groei te bevorderen en zo hersenschade en
effecten van ziekten zoals Alzheimer en dementie te beperken
- Fysieke activiteit en verrijkte omgevingen bevorderen neurogenese en neuroplasticiteit
4.3 DE OPDELING VAN HET ZENUWSTELSEL
Volledig ontwikkelde ZS wordt anatomisch verdeeld in 2 delen: CZS en PZS
- CZS bestaat uit hersenen en ruggenmerg
- PZS vormt verbinding tussen CZS en verschillende stelsels van lichaam
3
, ZS kan ook worden opgedeeld in somatisch en autonoom zenuwstelsel
- Somatisch zenuwstelsel = cerebrospinaal ZS of willekeurig ZS
o Omvat CZS en somatisch deel van PZS (zenuwen van hoofd, romp en ledematen)
o Ontvangt sensorische informatie en stuurt skeletspieren bewust aan
- Autonome zenuwstelsel (= onwillekeurig ZS of viscerale ZS) bestaat uit (ortho)sympathische en
parasympathische zenuwstelsel
o Regelt onbewuste lichaamsfuncties zoals glad spierweefsel, hart, spijsvertering en klieren
- (Ortho)sympathische en parasympathische systeem werken vaak antagonistisch
Voorbeeld (van somatisch ZS): we zien glas water à geeft input aan onze hersenen à hersenen gaan dan spieren
aansturen om effectief glas water naar onze mond toe te brengen
Bestaat uit OZS (blauw) en PZS (rood)
à Deze 2 maken ons lichaam klaar voor fight of flight reactie
Vechtreactie (sympathisch ZS): lichaam maakt zich klaar voor actie;
bijnieren geven adrenaline af à bloed gaat van spijsvertering naar
spieren, hartslag en ademhaling stijgen, meer zweten om af te koelen
Vlucht-/rustreactie (parasympathisch ZS): lichaam komt tot rust;
hartslag daalt, ademhaling vertraagt, bloed gaat terug naar
spijsvertering
Hersenen:
- Wegen gemiddeld 2% van ons lichaamsgewicht
- Verbruiken 20% zuurstof
- Verbruiken 20-25% van ons rustmetabolisme (glucose)
- Heeft 160.000 km aan bloedvaten
- Heeft 100 biljoen neuronen en cellen
- Kan slechts 4-6 minuten zonder zuurstof overleven
- … Is heel complex systeem
Hersenen voelen, integreren en reageren op prikkels:
- Sensatie = via receptoren ontvangen ze prikkels uit omgeving die ze doorsturen naar CZS
- Integratie = verwerken en interpreteren sensorische informatie en maken beslissing om juiste actie te genereren
- Motorische output = sturen signalen van CZS naar spieren en klieren
H5: DE VERSCHILLENDE CELTYPES IN HET ZENUWSTELSEL EN HUN FUNCTIES
5.1 INTRODUCTIE
Zenuwstelsel bestaat uit 2 hoofdklassen van cellen: neuronen en gliacellen
Neuronen
- Zenden informatie door in zenuwstelsel
- Verschillen in vorm, locatie en onderlinge connectiviteit, wat samenhangt met hun functies
- Elk neuron heeft cellichaam en uitlopers (axonen en dendrieten) waarmee informatie wordt doorgestuurd
Gliacellen
- Niet-neurale cellen met verschillende functies in zenuwstelsel
o Bieden structurele ondersteuning en elektrische isolatie aan neuronen en moduleren neuronale activiteit
- Kunnen rol spelen in neuroplasticiteit van zenuwstelsel
4
