De menselijk zenuwstelsel heeft één fundamentele maar ongelooflijk vitale functie: communiceren met en ontvangen van informatie uit verschillende delen van het lichaam en het genereren van situatiespecifieke reacties op deze informatie.
In tegenstelling tot andere systemen in het lichaam, kan de functie van de meeste componenten van het zenuwstelsel alleen worden beoordeeld met behulp van microscopie. Hoewel de hersenen en het ruggenmerg gemakkelijk genoeg kunnen worden gevisualiseerd bij grof onderzoek, lukt dit niet bieden zelfs maar een fractie van de omvang van de elegantie en complexiteit van het zenuwstelsel en zijn taken.
Zenuwweefsel is een van de vier belangrijkste weefsels van het lichaam, de andere zijn spier-, epitheel- en bindweefsel. De functionele eenheid van het zenuwstelsel is de neuronof zenuwcel.
Hoewel neuronen, zoals bijna alle eukaryote cellen, kernen, cytoplasma en organellen bevatten, zijn ze zeer gespecialiseerd en divers, niet alleen met betrekking tot cellen in verschillende systemen, maar ook in vergelijking met verschillende soorten zenuwcellen.
Afdelingen van het zenuwstelsel
Het menselijk zenuwstelsel kan worden onderverdeeld in twee categorieën: de centraal zenuwstelsel (CNS), waaronder de menselijke hersenen en het ruggenmerg, en de perifere zenuwstelsel (PNS), die alle andere componenten van het zenuwstelsel omvat.
Het zenuwstelsel bestaat uit twee belangrijke celtypen: neuronen, wat de "denkende" cellen zijn, en glia, die ondersteunende cellen zijn.
Los van de anatomisch verdeling van het zenuwstelsel in het CZS en het PZS, het zenuwstelsel kan ook worden onderverdeeld in functionele indelingen: de somatisch en de autonoom. 'Somatisch' betekent in deze context 'vrijwillig', terwijl 'autonoom' in wezen 'automatisch' of onvrijwillig betekent.
Het autonome zenuwstelsel (ANS) kan op basis van functie verder worden onderverdeeld in de sympathiek en parasympathisch zenuwstelsels.
De eerste is voornamelijk gewijd aan 'up-tempo'-activiteiten, en het op gang komen ervan wordt vaak de 'vecht-of-vlucht'-reactie genoemd. Het parasympathische zenuwstelsel daarentegen houdt zich bezig met "down-tempo" activiteiten zoals spijsvertering en afscheiding.
Structuur van een neuron
Neuronen verschillen sterk in hun structuur, maar ze hebben allemaal vier essentiële elementen: het cellichaam zelf, dendrieten, en axon, en de axonuiteinden.
"Dendriet" komt van het Latijnse woord voor "boom", en bij inspectie is de reden duidelijk. Dendrieten zijn kleine vertakkingen van de zenuwcel die signalen ontvangen van een of meer (vaak) veel meer) andere neuronen.
De dendrieten komen samen op het cellichaam, dat, geïsoleerd van de gespecialiseerde componenten van de zenuwcel, sterk lijkt op een "typische" cel.
Vanuit het cellichaam loopt een enkel axon, dat geïntegreerde signalen naar het doelneuron of weefsel transporteert. Axonen hebben meestal een aantal eigen vertakkingen, hoewel deze minder in aantal zijn dan de dendrieten; deze worden axonterminals genoemd, die min of meer als signaalsplitsers fungeren.
Terwijl dendrieten in de regel signalen naar het cellichaam transporteren en axonen signalen daarvan wegdragen, is de situatie in sensorische neuronen anders.
In dit geval gaan de dendrieten die van de huid of een ander orgaan met zintuiglijke innervatie lopen direct over in een perifere axon, die naar het cellichaam reist; een centrale axon verlaat vervolgens het cellichaam in de richting van het ruggenmerg of de hersenen.
Signaalgeleidingsstructuren van neuronen
Naast hun vier belangrijkste anatomische kenmerken, hebben neuronen een aantal gespecialiseerde elementen die hun taak van overdracht vergemakkelijken elektrische signalen over hun lengte.
De myelineschede speelt dezelfde rol in neuronen als isolatiemateriaal in elektrische draden. (Het meeste van wat menselijke ingenieurs hebben bedacht, is vaak heel lang geleden door de natuur ontwikkeld met nog steeds superieure resultaten.) Myeline is een wasachtige substantie die voornamelijk bestaat uit lipiden (vetten) die axonen.
De myelineschede wordt onderbroken door een aantal openingen terwijl deze langs het axon loopt. Deze knooppunten van Ranvier iets toestaan dat de. wordt genoemd actiepotentiaal zich met hoge snelheid langs het axon voortplanten. Verlies van myeline is verantwoordelijk voor een verscheidenheid aan degeneratieve ziekten van het zenuwstelsel, waaronder: multiple sclerose.
De verbindingen tussen zenuwcellen en andere zenuwcellen, plus doelweefsels, die de overdracht van elektrische signalen mogelijk maken, worden genoemd are synapsen. Net als het gat in een donut vertegenwoordigen deze een belangrijke fysieke afwezigheid in plaats van een aanwezigheid.
Onder leiding van de actiepotentiaal geeft het axonale uiteinde van een neuron een van een verscheidenheid aan typen vrij neurotransmitter chemicaliën die het signaal over de kleine synaptische spleet naar de wachtende dendriet of ander element aan de andere kant brengen.
Hoe verzenden neuronen informatie?
actiepotentialen, de manier waarop zenuwen met elkaar en met niet-neurale doelweefsels zoals spieren en klieren communiceren, vertegenwoordigen een van de meer fascinerende ontwikkelingen in de evolutionaire neurobiologie. Een volledige beschrijving van de actiepotentiaal vereist een langere beschrijving dan hier kan worden gepresenteerd, maar om samen te vatten:
Natriumionen (Na+) worden onderhouden door een ATPase-pomp in het neuronale membraan met een hogere concentratie buiten het neuron dan erin, terwijl de concentratie van kaliumionen (K+) wordt door hetzelfde mechanisme hoger in het neuron gehouden dan erbuiten.
Dit betekent dat natriumionen altijd in het neuron "willen" stromen, met hun concentratiegradiënt, terwijl kaliumionen "naar buiten willen" stromen. (ionen zijn atomen of moleculen met een netto elektrische lading.)
Mechanica van het actiepotentieel
Verschillende stimuli, zoals neurotransmitters of mechanische vervorming, kunnen stofspecifieke ionkanalen openen in de celmembraan aan het begin van het axon. Wanneer dit gebeurt, stromen Na+-ionen naar binnen, waardoor de cel wordt verstoord membraanpotentiaal in rust van -70 mV (millivolt) en het positiever maken.
Als reactie daarop snellen K+-ionen naar buiten om de membraanpotentiaal te herstellen tot zijn rustwaarde.
Als gevolg hiervan plant de depolarisatie zich voort, of verspreidt zich, zeer snel door het axon. Stel je voor dat twee mensen een touw strak tussen hen in houden en een van hen het uiteinde omhoog beweegt.
Je zou een "golf" snel naar het andere uiteinde van het touw zien bewegen. In neuronen bestaat deze golf uit elektrochemische energie en stimuleert het de afgifte van neurotransmitter uit de axonterminal (s) bij de synaps.
Soorten neuronen
De belangrijkste soorten neuronen zijn:
-
Motorische neuronen (of motorneuronen) controlebeweging (meestal vrijwillig, maar soms autonoom).
- Sensorische neuronen sensorische informatie detecteren (bijvoorbeeld de reukzin in het reuksysteem).
-
interneuronen fungeren als "verkeersdrempels" in de keten van signaaloverdracht om informatie die tussen neuronen wordt verzonden te moduleren.
- verschillende gespecialiseerde neuronen in verschillende delen van de hersenen, zoals Purkinje vezels en piramidale cellen.
Myeline en zenuwcellen
In gemyeliniseerde neuronen beweegt de actiepotentiaal soepel tussen de knopen van Ranvier omdat de myelineschede depolarisatie van het membraan tussen de knopen voorkomt. De reden dat de knooppunten uit elkaar staan zoals ze zijn, is dat een kleinere afstand de transmissie zou vertragen tot onbetaalbare snelheden, terwijl een grotere afstand het "uitstervende" actiepotentiaal zou riskeren voordat het de volgende knoop.
Multiple sclerose (MS) is een ziekte die wereldwijd tussen de 2 en 3 miljoen mensen treft. Ondanks dat het bekend is sinds het midden van de 19e eeuw, is MS vanaf 2019 zonder genezing, grotendeels omdat het onbekend is wat de oorzaak is van de pathologie die bij de ziekte wordt gezien. Naarmate het verlies van myeline in CZS-neuronen in de loop van de tijd vordert, overheerst het verlies van neuronfunctie.
De ziekte kan worden behandeld met steroïden en andere medicijnen; het is niet per se dodelijk, maar is buitengewoon slopend, en er wordt intensief medisch onderzoek gedaan om MS te genezen.