http www cogsci bme huktkuserKURZUSOKBMETE 47 MC 23201820192

http: //www. cogsci. bme. hu/~ktkuser/KURZUSOK/BMETE 47 MC 23/2018_2019_2/ Kognitív idegtudomány Introduction to neurosciences for MSs.

Motor system I. From the muscle fibre to the spinal cord

Bevezetés: a motoros rendszer feladata Testtartás és mozgás Test stabilizálása a térben, egyensúly Test mozgatása a térben Test mozgásának koordinálása (csontok, izmok, ínak összehangolása) Viselkedés (visceromotoros + somatomotoros)

Motoros irányítás hierarchiája Szint Funkció Struktúrák magas stratégia Neocortex asszociációs területei, basal ganglia közép taktika motoros cortex, kisagy alacsony végrehajtás agytörzs, gerincvelő

Mozgató rendszer felépítése Level 3 Agykéreg, mozgató kérgi részek Level 2 Törzsdúcok Thalamus Agytörzs Kisagy • Reflexek szabályozása • Testtartás szabályozása • Automatikus mozgások (járás, légzés) • Akaratlagos mozgások szabályozása Gerincvelő Szenzoros receptorok Izom összehúzódás Level 1

A motoros rendszer alapelvei Hierarchikus felépítés: Funkcionális szegregáció: A magasabbrendű területek sokkal globálisabb feladattal foglalkoznak, pl eldöntik, mikor kell cselekedni, ehhez megfelelő sorrendű mozgásokat aktivál és koordinálja több végtag mozgását. (motoros egység – gerincvelő – agytörzs - cortex) A motoros rendszer több különböző területre van osztva és ezek a mozgás különböző aspektusaiért felelnek Nagyság elv: Nem minden neuron aktiválódik egyszerre egy jel hatására. Először a kisebb neuronok kerülnek tüzelésbe, majd az erőfeszítésnek megfelelően az egyre nagyobbak is aktiválódnak. Ezt hívják toborzásnak.

A motoros rendszer alapelvei Reflex elv: a mozgatórendszer alap egységei a mozgató reflexek (gerincvelő és agytörzs) Végső közös út: több központi területről érkező neuront összesítő pálya mindig egy izomhoz vagy mirigyhez jut a periférián. Propriocepció: Egy kívánt mozgáshoz létfontosságú a motoros rendszernek tudnia, hogy mi a kezdő pozíciója pl a kéznek (pl jelentkezésnél). Felemelni a kezet az asztalról hasonló pozíciót eredményez, mintha a fejünk tetején pihentetnénk a kezünket, mégis különböző izomcsoportok aktiválása szükséges a két folyamathoz. Proprioceptorok révén a mozgató rendszer képes érzékelni az izmok hosszát és hogy milyen erőkifejtésre képesek, emellett ennek segítségével számolja ki az ízületek pozícióját és más változókat, amik szükségesek a kívánt mozgáshoz.

A motoros rendszer alapelvei Testtartás módosítások: A végtagok, a törzs és a fej mozgatásával kompenzálni tudjuk a testtengely helyzetének a változásait Ilyen automatikus módosítások nélkül egy olyan egyszerű feladat, mint egy pohárért nyúlni, elmozdítaná az egyensúlyt a test elülső felére. Szenzoros visszajelzés: A motoros rendszernek muszáj más szenzoros információt felhasználnia a pontos mozgások végrehajtásához. A szenzoros visszajelzés lehetővé teszi, hogy a kívánt és az aktuális cselekvéseket összehasonlíthassuk és ezáltal módosításokat hajtsunk végre, hogy a jövőbeni mozgás pontosan hajtódjon végre.

Izom típusok: • Simaizom • Harántcsíkolt izom • Szívizom • Vázizom

Vázizmok

Izomrost – extra- és intrafuzális rostok Extrafuzális – szerepe: mozgás Intrafuzális – izom belsejében, izomorsóban szerepe: propriocepció

Izomrost Egyedülálló sejtek rost (több sejtmag) Átlagos méret: 50 -100 µm átmérő és 2 -6 cm hossz Szarkolemma: sejtmembrán (dupla lipid réteg, benne: Na, K, Ca és Cl csatornák) - feszültségfüggő Na csatornák – AP - betűrődés: T tubulusok Myofibrillumok: összhúzékony fehérjéket tartalmaznak Szarkoplazmatikus retikulum: intracelluláris membránrendszer a myofibrillumok körül – Ca raktár Mitokondriumok

Szarkoméra Az izom összhúzékony gépezete: szarkomérák Mindegyik szarkoméra tartalmaz vékony és vastag miofilamentumokat Vékony filamentumok (aktin) a z lemezhez kapcsolódnak Vastag filamentumok (miozin): szarkoméra közepén

https: //www. youtube. com/watch? v=Cepe. YFvq

Aktin-miozin kapcsolat létrejötte – Ca • Ca – a sarcoplasmatikus reticulumból szabadul fel (AP hatására) • Köt a troponin Ca kötőhelyéhez • A troponin térszerkezet változásával az aktin miozin 17 kötőhelye felszabadul

Forrás: http: //www. virtualhomeschoolgroup. org/vhsgfiles/03_Science/03_Biology/02_Anatomy_and_Physiology/M 05_Muscle_Histology_and_Movement/L 1/Published/Study%20 Notes/Study_Notes. html

Az izomrost beidegzése

Neuro-muszkuláris junkció (NMJ) • • • Axon Terminális: preszinaptikus potenciál Ach (acetilkolin) felszabaduláshoz vezet Postszinaptikus membrán (véglemez): - ACh receptorok nyitnak, kation influx, membrán depolarizáció - feszültségfüggő Na csatornák nyílnak Az akciós potenciál (AP) végigterjed a membránon, a transzverzális tubulusokkal bejut a rost belsejébe - Ca++ szabadul fel a szarkoplazmatikus retikulumból az izomsejt citoplazmájába - megnövekedett Ca++ összehúzódást eredményez

Motoros egység: felépítés Mindegyik motoros axon több izomrosttal van kapcsolatban Mindegyik izomrost egy axonnal van kapcsolatban Motoros axon + beidegzett izomrost= Motoros egység Rángás rostok – nagy neuromuszkuláris szinapszisok melyek akciós potenciált generálnak – motoros egységek szinkron összehúzódása Tónikus rostok – egyszerű szinapszis nincs AP gradált összehúzódás.

Motoros egység típusok – rángás rostok • S (lassú rángás) • 1 tipusú izomrostok • Főleg aerob módon működnek • Lassú rángási idő, lassú relaxáció • FR (gyors rángás, nem fáradékony) • 2 a izomrostok • Gyors rángás és gyors relaxációs idő • Aerob metabolizmus és anaerob glikolízis • Nem olyan erős, ellenáll a fáradásnak • FF (gyors rángás, fáradékony) • 2 b izomrost • Főleg anaerob glikolízis • Nagy erőkifejtés, fáradékony • Méret elv: egymás utáni toborzás S FR FF

Szomatomotoros rendszer proprioceptív szabályozása Folyamatos visszacsatolás szükséges az izmokról: Nyújtás Fázis Aktív összehúzódások Golgi ínszerv és izomorsók (intrafuzális rostok)

Izomorsók komponensei: - Intrafuzális izomrostok: Magzsák rostok (dinamikus és statikus)(2 -3) Maglánc rostok(5) - Nagy átmérőjű mielinizált érző végződés - Kis átmérőjű mielinizált motoros végződés (gamma motoneuron) Intrafuzális rostok komponensei: Érző rostvégződés: - elsődleges (Ia), - középen, anulospirális - másodlagos (II) – szélen, statikus magzsák- és megláncrostoknál Gamma motoneuronok: dinamikus vagy statikus

Izomorsók - intrafuzális izomrostok Maglánc rostok. Nevüket a középen egy sorban elhelyezdekő sejtmagokról kapták. Az izom statikus hosszáról adnak információt. Statikus magzsákrostok. Ezeknél a sejtmagok középen tömörülnek össze orsószerűen. Ezek is az izom statikus hosszáról adnak információt. Dinamikus magzsák rostok. Anatómiailag hasonlóak a statikus magzsákrostokhoz, de a izomhosszváltozás sebességéről közvetítenek információt. Egy tipikus izomorsó egy dinamikus magzsákrostból, egy statikus magzsákrostból és kb öt magláncrostból áll.

Izomorsók szerveződése • izomhossz változásra válasz • Ia és II rostok gerincvelői afferensek • g-rostok a ventrális szarvból

Alfa-gamma koaktiváció A. Izom passzív feszülése: intrafuzális rostok nyúlnak, stabil tüzelést eredményez az Ia szenzoros rostokban B. Izomkontrakció (ha csak az alfa motoneuron stimulálva): az intrafuzális rostok nem nyúlnak meg, nincs Ia tüzelés, nem érzékelik az izom állapotát C. Izomorsó gamma motoneuronja is stimulálva van: összehúzódásával megrövidülnek az intrafuzális rostok, érzékelik a további feszülést

Golgi ínorsó - Karcsú, kötőszövetes tokba zárt képződmény, 1 mm hosszú - Egyik vége az izomrostokkal, másik az van ínnal van kapcsolatban - Ib afferentáció – axonjai átszövik az ínorsó kollagénhálózatát - Az izom feszülésére kerül tüzelésbe - Szerep pl: autogén gátló reflex – izomösszehúzódás erejének szabályzása

Afferensek a szenzomotoros rendszerben

Szenzoros rostok Ia Elsődleges orsóvégek 12 -20 μm mielinizált Izomhossz és a hosszváltozás aránya Ib Golgi ínszerv 12 -20 μm mielinizált Izom feszülés II Másodlagos orsó végek 6 -12 μm mielinizált Izomhossz II Nem orsó végek 6 -12 μm mielinizált Mély nyomás III Szabad idegvégződések 2 -6 μm mielinizált Fájdalom, kémiai inger, hő (fontos a fiziológiás válaszhoz, illetve végrehajtáshoz IV Szabad idegvégződések 0. 5 -2 μm nem mielinizált Fájdalom, kémiai inger, hő

Efferensek a szenzomotoros rendszerben

Végső közös út/pálya Motoros egység – alsó motoros neuron (gerincvelő ventrális szarv sejt/agytörzsi motoros mag) + irányítása alatt lévő izomrostok Alfa motoneuron axon (ideg) szinapszis izomrostok Végső közös út – a mozgatórendszer által aktivált összes motoros egység

Gerincvelő Szomatomotoros rsz motoneuronjai a ventrális szarvban (és az agytörzsben) – 1 izom neuronjai néhány szelvényen keresztül, kilépés a ventrális gyökéren Szomatotópiás – proximális izmok mediálisabban, disztálisak laterálisabban / feszítőizmok anterior, hajlítók posterior Bell-Magendie törvény: a hátsó gyök érző (afferens), az elülső gyök mozgató (efferens) elülső szarvban mozgatóneuronok és interneuronok, hátsó szarvban elsősorban interneuronok. (nem 100%) Sejttípusok: motoneuronok, serkentő és gátló interneuronok (Ia, Ib), Renshaw sejt.

Gerincvelői reflexek Periférikus inger által gerjesztett nem akaratlagos koordinált izomösszehúzódás és relaxáció mintázatok Types: Miotatikus (nyújtó) reflex Autogenerikus gátló reflex Hajlító (flexor) reflex Keresztezett-extenzor reflex

Miotatikus (nyújtó) reflex Fő szerep az egyensúly fenntartása, diagnosztikai érték (patella reflex) Példa: pincér tart egy üres tálcát, valaki rárak egy üveg sört A megnövekedett súly megnyújtja a bicepsz izmot, ami az izomorsó Ia afferense aktiválódik Ia afferens: a gerincvelői dorzális gyökérganglionok sejtjei projektálnak a gerincvelőbe és közvetlenül szinaptizálnak az alfa motorneuronokkal, amelyek ugyanazt az izmot idegzik be Az Ia afferens aktiválása monoszinaptikus aktivációt okoz az alfa motorneuronnal, ami izomösszehúzódást okoz Az izomösszehúzódás ellensúlyozza a hirtelen megnyúlást, és a pincér képes továbbra is tartani a tálcát Amikor a nyújtó reflex aktív, az antagonista izmot gátolni kell, hogy ne dolgozzon ellene – Ia gátló interneuron által reciprok gátlás 1. 2. 3. 4. 5. http: //sites. sinauer. com/neuroscience 5 e/animations 16. 01. html

Térd-rúgás (monoszinaptikus, intraszegmentális) Antagonista izom gátlás (Ia interneuronon keresztül)

Testtartást támogató reflexek: Autogenikus gátlóreflex (=Golgi ínreflex/inverz miotatikus reflex) • Izomfeszülés szabályzása – pl. túl nagy feszülés, túl nehéz tárgyat emelünk fel • Izom gátlása – Ib gátló interneuronon keresztül • Antagonista izom aktivációja

Golgi ínreflex Védő feedback mechanizmus, ami az aktív izom feszülését szabályozza azáltal, hogy relaxálja az izmot, mielőtt az túlfeszülne és sérülés következne be. Túl nagy feszülés esetén képes felülírni a miotatikus reflexet – pl. túl nehéz az emelt tárgy Az ín megnyúlásának hatására megnövekszik az ínban lévő Golgi ínszerve hatott erő Ib afferensen akciós potenciál a gerincvelőbe. Az Ib neuron a gerincvelőn belül gátló interneuronnal szinaptizál, ami az alfa motorneuront idegzi be csökken az izomösszehúzódás és az ín feszülése Az Ib neuron az antagonista izom motoneuronját serkentő interneuronnal is szinaptizál antagonista izom összehúzódása

Flexor reflex 1. 2. 3. 4. 5. Pl: véletlenül hozzáérünk egy forró tűzhely vagy éles tárgyhoz, sokkal hamarabb visszarántjuk a kezünket mielőtt tudatosan érzékelnénk a fájdalmat Bőrben lévő és fájdalom receptorok indítják a reflexet A lábat érő éles tárgy a III típusú fájdalomérző receptorok afferenseit aktiválja Az afferensek egy ága serkentő interneuront aktivál a gerincvelő lumbális régiójában, ami aktiválja a comb hajlító izmának alfa motorneuronját III típusú afferens tovább halad az L 2 csigolyákig, ahol egy másik ág szintén serkentő interneuront aktivál ezen a területen. Ez az interneuton a csípőizmok hajlítóizmát aktiválja, ezáltal az egész láb hátrarántódik III típusú afferensek gátló interneuronokat is beidegeznek amik az antagonista izmokat serkentő alfa motorneuronokat gátolják (reciprok gátlás) http: //sites. sinauer. com/neuroscience 5 e/animations 16. 02. html

• Diszinaptikus (vagy poliszinaptikus) – 1 vagy több interneuron • Interszegmentális • Antagonista izom gátlása gátló interneuronon keresztül

Testtartást támogató reflexek: Keresztezett extenzor reflex

Keresztezett feszítő reflex További kapcsolatok szükségesek, hogy a hajlító reflex adaptív legyen. A flexor reflex együttműködik a keresztezett extensor reflex-el hogy megvédje az egyensúlyvesztéstől a testet III típusú afferensek serkentő interneuronokat aktiválnak, amik a középvonalon keresztül az ellenoldali gerincvelői oldalba vetítenek Az ellenoldali láb feszítő izmait serkenti az afferens által aktivált alfa motorneuron 1. 2.

Gátló interneuronok Ia: „reciprok beidegzésben” szerep - az antagonista izomorsójából kap ingerületet (túlzottan nyúlt antagonista), valamint az antagonista izmot serkentő leszálló rostok is aktiválják reciprok gátlás – az izom összehúzódásakor az antagonista izom gátlódik emellett leszálló gátló bemenetet is kap Ib: Golgi féle ínorsóból kap bemenetet (agonista izom gátlása), valamint bőr-, ízületi receptorok és leszálló pályák befolyásolják. Csökkenti a kontrakció erejét, izomfeszülés pontosabb szabályzása Renshaw sejtek: Alfa motoneuronok speciális gátló interneuronja a gerincvelőben. Gátolja azt a neuront, ami a saját tüzelését okozta Negatív feedback hurok stabilizálja a motor neuronok tüzelési rátáját

Mozgató rendszer felépítése Level 3 Agykéreg, mozgató kérgi részek Level 2 Törzsdúcok Thalamus Agytörzs Kisagy • Reflexek szabályozása • Testtartás szabályozása • Automatikus mozgások (járás, légzés) • Akaratlagos mozgások szabályozása Gerincvelő Szenzoros receptorok Izom összehúzódás Level 1