Az idegrendszer szomatomotoros működései Élettan_Biol BSc, PTE 2016, Hernádi I.
BEVEZETÉS A kezdetek. Charles Scott Sherrington John Eccles English neurophysiologist, histologist, bacteriologist, and a pathologist, Nobel laureate (1932) and president of the Royal Society in the early 1920s. Australian neurophysiologist who won the 1963 Nobel Prize in Physiology or Medicine for his work on the synapse. He shared the prize with Andrew Huxley and Alan Lloyd Hodgkin.. Forrás: wikipedia
BEVEZETÉS A mozgatóműködések összefoglalása hierarchikus szerveződés gerincvelő-agytörzs-agykéreg önállóan is működni képes szintek: alacsonyabb szinten akarattól független mozgások (reflexek - Sherrington) gradált válasz (frakcionálás elv) toborzás (recruitment) végső közös pálya elve (Sherrington) -alfa/gamma motoneuronok mellérendelt szabályozó szintek: kisagy, bazális ganglionok szomatomotoros viszceromotoros műk. Forrás: Fonyó, 1999
1. Mozgásintegráció a gerincvelőben: reflexek
A vázizom szenzoros beidegzése Izomrostok: extrafusalis (munkavégz.) intrafusalis (szabályozás) Szenzoros készülékek: (visszacsatolás elve) izomorsó (hosszúság) ínorsó (erő) Forrás: Rosenzweig, et al., 2005
Az izomorsó szerkezete és mechanikája Forrás: Fonyó, 1999, 2011
Az izomorsó működése Forrás: Fonyó, 2011
A szabályozás alapelve: reflexek Csoportosítás: Receptor-effektor elhelyezk.: proprioceptív (pl. miotatikus r.) exteroceptív (pl. flexor-r.) Szükséges szinapszisok száma: monoszinaptikus ( 1 db) di-, tri-, poli ~ (2, 3 v. sok) Integráció helye: gerincvelői (gv-i szegmensek) agytörzsi (agyidegek magjai) FIGURE 7-3 General components of a reflex arc that functions as a negative-feedback control system. The response of the system has the effect of counteracting or eliminating the stimulus. This phenomenon of negative feedback is emphasized by the minus sign in the dashed feedback loop. Forrás:http://www.78steps.com/body-function/reflexes.html
A proprioceptív reflex Forrás: Csoknya és Hernádi, 2009
A proprioceptív reflex szabályozása: A gamma-hurok Forrás: Csoknya és Hernádi, 2009 Forrás: Ádám és Fehér, 1993
A reflexív reciprok beidegzése Forrás: Fonyó, 2011
A reflexív reciprok beidegzése, folyt.
Golgi-féle ínorsó (feszülés) csak afferentáció Az ínreflex
Az izomtónus visszacsatolásos szabályozása: öszefoglalás
Az izomtónus és visszacsatolásos szabályozása - morfológia
Az izomtónus és visszacsatolásos szabályozása fiziológia Hand Dynamometer Electromyograph
Gerincvelői reflexek 2. Exteroceptív reflexek - a felxorreflex receptor: ált. bőr idegvégz. afferentáció: II., III., vagy IV. (fájdalom, hő, nyomás, tapintás) poliszinaptikus, ált. kétoldali szerepe: veszélyforrástól eltávolító mozgás
Exteroceptív reflexek - flexor X extenzor reflex
Gerincvelői reflexek 3. Vegetatív reflexek - parietális
Gerincvelői reflexek 3. Vegetatív reflexek -viscerális
Vége az első résznek. http://bayofstudy.blogspot.hu/2012/12/reflexes.html
2. Mozgásintegráció az agytörzsben
A helyzetérzékelő (vestibularis) rendszer
A vestibularis apparátus anatómája sziklacsontban elh. labirintus csontos/hártyás labirintus perilympha/endolympha mechano-elektromos transducerek Hártyás labyrinthus: tömlőcske (utriculus) zsákocska (sacculus) 3x félkörös ívjárat (canalis semicircularis: lat, sup., inf.) ampullákkal hártyás csiga (cochlea)
A vestibularis apparátus anatómája foyt.
Mechanoelektromos transzdukció a szőrsejtekben
Az agytörzsi vesztibuláris magok http://www.neuroanatomy.wisc.edu/virtualbrain/brainstem/13vnan.html
A testtartás agytörzsi szabályozása nucl. vestibularis medialis és superior nyakizmok tónusa külső szemizmok reflexes irányítása VOR (vestibulo-ocularis reflexek) agytörzsi magvaihoz juttatja (III.,IV.,VI.) nucl. vestibularis inferior afferens ingerületek a vestibularis szervből összevetés a kisagyi téri információkkal továbbítás a felsőbb központok felé (agykéreg-tudatosodás?) nucl. vestibularis lateralis (Deiters mag) tractus vestibulospinalis lateralis - és -motoneuronokra kapcsol a gerincvelőben: izomtónus beállítás (fokozás) az antigravitációs (extenzor) izmokon a Purkinje sejtek gátolják ->a gátlás sérülése= izomtónus fokozódás formatio reticularis (híd) tractus reticulospinalis medialis hasonló a szerepe mint a Deiters magnak de: ívjáratokkal nincs kapcsolatban Deiters maggal együtt fokozzák az antigravitációs izmok tónusát axiális törzsizmok és végtag extenzorok serkentése
A testtartás agytörzsi szabályozása folyt.: decerebrációs kísérletek
A mozgásintegráció szintjei és működésük
A mozgásintegráció szintjei és működésük Forrás: Bálint, 1986
Forrás: Bálint, 1986
Dinamikus testtartási reflexek Forrás: Bálint, 1986
A testtartás tanult szabályozása 1. visszacsatolt reakciók feedback a talapzat előre-hátra mozgatása 2. előreható reakciók feed-forward a talapzat felfelé billentése "stabilométer"
A testtartás tanult szabályozása folyt. A: visszacsatolt reakciók B: előreható reakciók Forrás: Bálint, 1986
Lokomóció: ritmusgenerátorok
Lokomóció: mozgásmintázat
Lokomóció: idegrendszeri szabályozás Forrás: Grillner, Nat Rev Neuroscience, 2003.
Lokomóció: idegrendszeri szabályozás Forrás: Grillner, Nat Rev Neuroscience, 2003.
Lokomóció: idegrendszeri szabályozás Forrás: Grillner, Nat Rev Neuroscience, 2003.
3. Mozgásintegráció az előagyban és a kisagyban (A piramispálya és az extrapiramidális rendszer)
Főbb motoros területek az agykéregben - primer motoros area (Br. 4) - premotoros/supplementer motoros areák (Br. 6) - FEF (Br.8) - parietalis motoros asszociációs áreák (Br. 5-7) -limbikus motoros területek (pre-sma vagy CMA) Br. 23/24. Forrás: Kandel et al., 2000
A primer motoros kéreg -somatotopia (ingerelve: diszkrét izomösszehúzódás) -motoros humunculus (W. Penfield után)
A motoros homunculus Forrás: Rosenzweig et al., 2005
A primer motoros area Br 4 corticospinalis pálya felét adják az innen induló axonok átkereszteződnek a nyúltagyi piramisban többnyire monoszinaptikusan jutnak el az izmokig A premotoros area/ supplementer motoros área Br 6 emberben 6x-a arányaiban a mérete mint majomban ingerelve: mozgás, de nagyobb áramerősség mozgások előtt 800ms-al kiváltott potenciál regisztrálható az innen elvezetett EEG-ben MOZGÁSTERVEZÉS: összetett mozgásmintázatok sérülése (apraxia): ujját be tudja hajlítani de pl. fésülködni nem tud axonok: 1. cortikospinalis pálya; 2. primer mot. area összetett mozgási feladatok megoldásakor/tervezésekor nő a vérátáramlása (PET) sérülése után, összetett, két kezet igénylő, precíziós feladatok végzése sérül
Motoros potenciálok Forrás: Cacioppo et al., 2000
A piramispálya és lefutása A piramis (corticospinális) pálya: axonok fele a Br4, másik fele a Br6 areából származik rostjai -motoneuronokon v. interneuronokon végződnek akaratlagos, gyors, pontos, nem betanult mozdulatok kivitelezése Forrás: Rosenzweig et al., 2005
Mozgásvezérlés a primer motoros kéregben (Br4) Forrás: Rosenzweig et al., 2005
Mozgásvezérlés a primer motoros kéregben (Br4) -folyt. Forrás: Rosenzweig et al., 2005
Információfeldolgozás a szenzoros input -tól a motoros output -ig Forrás: Rosenzweig et al., 2005
Az extrapiramidális rendszer magyarázó fogalom (nem valós) nem különíthető el élesen, mert sok az átfedés, sok átkapcsolás automatikus, elnagyolt, betanult mozgások kivitelezése mellérendelő szabályozás
A kisagy - cerebellum Forrás: Kandel et al., 2000
A kisagy filogenetikai tagozódása: 1. vestibulocerebellum: flocculus és nodulus (flocculonodularis r.) afferensek a félkörös ívjáratokból, az otholitszervből (átkapcsolás nélkül), és a vestibularis magvakból magja a kisagyon kívül a Deiters-magban van szerepe: szemmozgás-koordináció, fej reflexes mozgásai, egyensúly Forrás: Kandel et al., 2000
2. spinocerebellum: vermis és az féltekék intermedier része afferensek a gerincvelőből szomatoszenzoros felszálló és interneuronális leszálló információk szerepe: kivitelezett mozg. összehasonlítása a tervezettekkel korrekció sérülése esetén: törzsataxia, mozgáskordinációs zavar, izomtónus csökkenés Forrás: Kandel et al., 2000
3. cerebrocerebellum (neocerebellum, hemispheriumok): a féltekék laterális része mozgások tanulása és a megtanult mozgások rögzülése tanult mozgások indítása agykéreggel (premotor)/ a nucl. ruberrel/ a thalamussal reciprok kapcsolat szerepe: mozgásmintázatok tanulása, elindítása, előrecsatolt szabályozás Forrás: Kandel et al., 2000
3. cerebrocerebellum folyt.: működése egysége a kisagyi modul serkentő bemenetek 1.moharost:-agytörzsből, gerincvelőből, interneuronokon keresztül 2.kúszórost:nyúltvelőből (oliva-mag), közvetlenül kapcsolódik Purkinje-sejthez kizárólagos gátló kimenet (Purkinje sejtek a mélymagok felé) Forrás: Fonyó, 1999
A törzsdúcrendszer (bazális ganglionok) Részei: -corpus striatum (neostriatum): -n. caudatus + putamen -globus pallidus (pallidum, GP) -substantia nigra (SN) -subthalamicus mag (STN) Forrás: Fonyó, 1999
A bazális ganglionok főbb működési sajátosságai Forrás: Fonyó, 1999
A HUROKPÁLYÁK cortex -> bazális ganglionok -> thalamus -> cortex GLU: serkentő kapcsolat (üres nyilak) GABA: gátló kapcsolat (teli nyilak) DA: serkentő/gátló kapcs. Forrás: Fonyó, 1999
A HUROKPÁLYÁK folyt. A: közvetlen út: gátlásoldás, thalamus kimenete nyílik a kéreg felé -ha a thalamus nyílik a motoros kéreg aktiválható lesz: B: közvetett út: gátlás, a thalamus kimenete zárul a kéreg felé agykéreg agykéreg + -
Az extrapyramidalis rendszer lefutása
Az extrapyramidalis rendszer agytörzsi motoros magvai
Parallel információfeldolgozás a motoros rendszerben Előkészítés, elemzés Végrehajtás
Parallel Information Processing in the Motor System
A motoros rendszer működési zavarai:
Az extrapyramidalis rendszer működési zavarai: hipokinézisek/hiperkinézisek Parkinson-kór: nigrostriatális dopaminpálya sérül: közvetlen út, thalamus nyitás sérül hipokinesis, akinesis: mozdulatok elindításának nehézsége 5Hz-es thalamicus eredetű tremor (remegés) kezelés: gyógyszeres (levodopa), thalamikus lézió, mélyagyi stimulátor elektród beépítése (DBS) Huntington-kór (chorea, vitustánc): n. subthalamicus vagy neostriatum sérül: közvetett út, thalamus zárás sérül hiperkinesisek, túlmozgások akarattalan hirtelen mozdulatok (clonusok), rángások, dementia genetikailag öröklődő betegség kezelés: túlmozgások gyógyszeres k., neuroleptikumok, BDZ
Az extrapyramidalis rendszer működési zavarai: hipokinézisek/hiperkinézisek Hemiballismus: Egy végtag egyoldalú, nagy ívű, dobáló mozgása OK: ellenoldali mély STN, kis méretű infarktusa spontán megszűnhet Disztóniák: Akaratlan gyors, fázisos mozgással valamelyik testrész kóros helyzetet vesz fel, ami nyugalomban is tartósan jelen van. Klasszifikáció: fix/mobil; primer/szekinder Ok: károsodás a cortico-bg-thalamo-corticalis hurokpályákban (pallidum stn) Kezelés:gyógyszeres + botulinum-toxin injektálás; mély agyi stimuláció (deep brain stimulation, DBS ( - szegmentális és generalizált disztóniák esetében); gyógytorna. Kisagykárosodás okozta kórképek: Vestibulocerebellum károsodás: egyensúlyvesztés, nistagmus Spinocerebellum: törzsataxia, részeg járás Neocerebellum: aszinergia (koordináció hiánya), dysmeria, dysdiadochokinesis (gyorsan váltakozó mozgások zavara), intenciós tremor, rebound fenomén
*Ingerléses módszerek TMS, tdcs TMS (transcranialis mágneses stimuláció) tdcs (transcranialis egyenáramú stimuláció) rézgyűrűben keltett átmeneti mágneses tér elektromos feszültséget kelt TMS, rtms <10Hz direkt anódális-katódális ingerlés -tdcs TMS hatásmechanizmus: - serkentő és gátló kérgi neuronok ingerlése - lokális és/vagy transferhatás - szinaptikus potenciáló hatások tanulás - neurotranszmitterek felszababítása TMS Ingerlések: - motoros rendszer ingerlése: izomkontrakciók - látórendszer ingerlése: V1 foszfének - V5: mozgáspercepciót rontó hatás TMS Virtuális léziós technika: - információfeldolgozás átmeneti kiiktatása - betűfelismerési feladat, TMS, scotomák - 60-140 ms időablak, funkcióromlás Terápiás lehetőségek - rehabilitáció *Kiegészítő anyag
*TMS és a virtuális léziók *Kiegészítő anyag http://www.youtube.com/watch?v=gp8knahkwdo
*NeuroStar TMS Therapy System Treatment Coil Head Support Unit Touch screen Treatment Chair Mobile Console NeuroStar TMS Therapy System User Manual. Neuronetics, Inc: Malvern, PA; 2008. *Kiegészítő anyag
Akut hatások: *A TMS hatása az agyi aktivitásra Elektromos áram indukálása Neuronok depolarizációsa a superficiális (felszíni) kérgi rétegekben Lokális transz-szinaptikus változások a kéregben Agyi monoamin (dopamin, noradrenalis, szerotonin) szintek megváltozása Neurotrophin-gének indukciója (pl. BDNF) A DL-PFC stimulációja mélyebb kérgi régiók ativitását is módosíthatja (pl. anterior cingularis cortex, ACC) *Kiegészítő anyag
*TMS terápia hatása a plaszticitásra http://www.biopsychology.com/6e/step1905.html *Kiegészítő anyag
*Ingerléses módszerek mélyagyi stimuláció (DBS) DBS (deep brain stimulation) Technika: - neurológiai diagnózis - sztereotaxikus MR atlasz készítése - krónikus rétegelektród-párok agyi struktúrákba juttatása idegsebészeti módszerekkel; - ingerlési paraméterek beállítása; - utánkövetés Hatásmechanizmus: - serkentés és gátlás létrehozása a kívánt területen - lokális hatás; Terápiás lehetőségek - kórosan ingerlékeny területek gátlása (pl. Parkinson-kór) - kórosan alulműködő területek ingerlése (pl. koma, depresszió) Érdekes videólippek: http://www.youtube.com/watch?v=ww-swanphfu http://www.youtube.com/watch?v=m_fjieob40m https://www.youtube.com/watch?v=uohp7luuwji *Kiegészítő anyag
Köszönöm a figyelmet!