Fysiologie en farmacologie
FYSIOLOGIE
Actiepotentiaal:
In de axon heuvel kan een actiepotentiaal ontstaan, mits de drempelwaarde wordt bereikt.
Deze potentiaal springt van knoop van Ranvier naar knoop van Ranvier. Aan het eind zorgt
de potentiaal voor de afgifte van neurotransmitters.
Is eerst en vooral een membraanpotentiaal voor nodig (deze wordt intracellulair gemeten). 3
natrium naar buiten en 2 kalium naar binnen door de pomp. Natrium wordt vergezeld door
chloor en daarvan is de concentratie buiten de cel dus ook hoog.
De meeste celmembranen hebben in hun membraan ionkanalen zitten. Deze kunnen heel
selectief zijn. Als een ionkanaal open staat kan iets er zo door diffunderen. Wanneer dus
bijvoorbeeld kalium naar buiten diffundeert, ontstaat er een negatieve membraanpotentiaal.
Op een gegeven moment ontstaat er een elektrische gradiënt terug naar binnen toe, omdat
de binnenkant nu negatief wordt, en negatief duwt negatief weg. Je hebt dus altijd te maken
met een concentratiegradiënt en een elektrische gradiënt. Deze zijn op een bepaald moment
in evenwicht dit heet de evenwichtspotentiaal van …(bijvoorbeeld kalium). Vm = EK.
Positieve potentialen zorgen voor het uit evenwicht brengen van de negatieve rustpotentiaal.
Negatieve potentialen zorgen voor het in rust brengen van de negatieve rustpotentiaal.
Ion in evenwicht: totale elektrochemische gradiënt = 0. Geen drijvende kracht meer geen
netto flux.
Een membraanpotentiaal heeft natuurlijk maar één waarde, en er zijn meerdere
evenwichtspotentialen die bereikt moeten worden. De normale membraanpotentiaal ligt
ongeveer op de -80mV. In rust staan de kaliumkanalen veel meer open dan de
natriumkanalen, en dus trekt kalium het hardst aan de membraanpotentiaal. Hoe meer open
een van de kanalen staat, hoe meer de membraanpotentiaal naar die evenwichtspotentiaal
gaat. In rust stroomt kalium naar buiten, en natrium naar binnen, maar wel weinig want de
kanalen zitten zo goed als dicht.
De membraanpotentiaal kan veranderen door de concentraties van ionen binnen en buiten
de cel, en door de permeabiliteit van het celmembraan voor de ionen.
Ionkanalen zijn spanningsgevoelig. Als de membraanpotentiaal minder negatief wordt, gaan
ze verder openstaan. Natriumkanalen gaan open wanneer de drempelwaarde wordt bereikt.
Deze wordt bereikt door de invloed van neurotransmitters op het cellichaam van een neuron.
De spanningsgevoelige ionkanalen zitten pas in de axonheuvel en verder omlaag in elke
knoop van Ranvier.
Het natriumkanaal heeft twee poortjes. In rust is het m-poortje dicht en het h-poortje open.
Als de drempelwaarde wordt bereikt gaat het m-poortje ook open. De membraanpotentiaal
gaat nu omhoog omdat natrium naar binnen komt. Hierdoor gaat het m-poortje verder open,
enz. Positieve terugkoppeling. Zo ga je richting de evenwichtspotentiaal van natrium. Deze
wordt meestal net niet bereikt, want vlak daarvoor komt het h-poortje in actie het poortje
sluit zich inactivatie van het natriumkanaal. Nu zit de cel in zijn absoluut refractaire
periode (de drempelwaarde is oneindig hoog en de cel zit in zijn niet-exciteerbare periode; je
,kunt dus nooit een actiepotentiaal opwekken; in de relatieve refractaire periode daalt de
drempelwaarde weer: je kunt een actiepotentiaal opwekken, mits je een extra sterke stimulus
gebruikt). Nu heeft kalium de overhand en kan de cel weer worden gepolariseerd. (Natrium
zorgt dus voor depolarisatie.) Hyperpolarisatie: als je echt even de EK raakt. De
membraanpotentiaal kan nooit onder de EK uitkomen, en ook nooit boven de ENa.
Tijdens de relatieve refractaire periode worden alle h-poortjes weer geopend, en krijg je al
die kanaaltjes weer tot je beschikking. De K-permeabiliteit gaat weer naar het rust level.
Onder de myelineschedes zitten geen natriumkanaaltjes, en de actiepotentiaal moet deze
stukken dus overbruggen. Hij moet steeds van knoop van Ranvier naar knoop van Ranvier
springen = saltatory conduction = sprongsgewijze voortgeleiding.
Bij dieren die geen myelineschedes hebben, veroorzaakt de natriumdepolarisatie
kringstroompjes die vooruit lopen richting het volgende kanaaltje. Zo halen steeds kanaaltjes
hun drempelwaarde, en zo verspreidt de actiepotentiaal zich.
De actiepotentiaal loopt altijd maar één kant op richting de synaps. Kringstroompjes lopen
natuurlijk ook achteruit, maar toch keert de potentiaal zich niet om, omdat het vorige kanaal
nog in de absolute refractaire periode zit.
Zonder myeline doet dus elk stukje membraan mee met de actiepotentiaal. Dit is niet
efficiënt: het kost veel ATP en is niet snel, omdat steeds in rust natrium en kalium gewoon
rustig doorlopen en dit moet dan steeds worden opgeheven door de potentiaal. Voordeel van
myeline: dekt stukjes membraan af en daar zitten dus geen natriumkanalen: de
kringstroompjes zitten dus intracellulair gevangen in het axon en ze kunnen niet naar buiten
lekken: de invloed van de kringstroompjes is dus op z’n grootst. Het kost dus minder ATP, en
door de afgedekte stukken gaat het ook veel sneller: alleen bij de knopen moeten
actiepotentialen worden behaald.
De invloed van de kringstroompjes wordt uitgedrukt in de lengteconstante: hoe groter, hoe
beter. Vergroten: membraan beter isoleren of de weerstand van het cytoplasma verlagen.
Membraanweerstand verhoogt door myeline. Diameter van het axon vergroten is de
oplossing van de invertebraten verlaagt weerstand cytoplasma.
De actiepotentiaal komt bij het zenuwuiteinde terecht, waar spanningsgevoelige
calciumkanalen liggen. Als die opengaan, stroomt calcium naar binnen. Calcium is nodig
voor de afgifte van neurotransmitters. De neurotransmitters diffunderen naar de overkant van
de synaps, en daar liggen de receptoren voor deze transmitters.
Twee types receptoren in een synaps:
- Ionkanalen
- G-eiwit-gekoppelde receptoren
Ionkanalen zorgen voor de snelle effecten van neurotransmitters. Ligand-gated-ionkanalen.
De neurotransmitter bindt aan het ionkanaal en het kanaal gaat open. Is het een
natriumkanaal, dan stroomt natrium naar binnen EPSP (exciterende neurotransmitter):
excitatory post-synaptic potential. Is het een receptor voor kalium naar buiten of chloor naar
binnen: IPSP (inhiberende neurotransmitter): inhibitory post-synaptic potential.
Temporele sommatie: als een axon twee keer neurotransmitters vuurt, mag je dat optellen in
de tijd en wordt de drempelwaarde behaald. Spatiele sommatie mag worden opgeteld in de
ruimte. Twee verschillende axonen vuren op hetzelfde moment. Dit is integratie: een continue
optelsom of de drempelwaarde wel of niet wordt gehaald.
Twee bekendste neurotransmitters: glutamaat (exciterend natriumkanalen open) en GABA
(inhiberend chloorkanalen open). Dit zijn twee aminozuren die fungeren als
neurotransmitter. Meerdere EPSP’s zorgen voor een actiepotentiaal.
Nog een bekende neurotransmitter: acetylcholine. Neuromusculaire synaps aansturen
skeletspieren. Natriumkanaal dus EPSP. Nicotine cholinerge receptor. Bij een skeletspier is 1
EPSP genoeg om de drempelwaarde te halen, er is dus maar 1 actiepotentiaal nodig.
De actiepotentiaal zorgt voor afgifte van calcium uit het sarcoplasmatisch reticulum.
Acetylcholine kan worden gerecycled: wordt in de synaps afgebroken door acetylcholine-
esterase: knipt in tweeën in acetyl en choline en kan worden hergebruikt.
Agonisten stimuleren een receptor; antagonisten blokkeren een receptor.
, Bij tetanus zitten de prikkelfrequenties heel dicht bij elkaar, en dan tellen ze allemaal bij
elkaar op en blijf je dus continu aangespannen.
Elk motorneuron maakt contact met verschillende spiercellen: een motoreenheid. Door
motoreenheden te rekruteren kan je dus sterker worden meer spiercellen.
Noradrenaline/norepinephrine samen met acetylcholine, is belangrijk voor het autonome
zenuwstelsel. Acetylcholine: rest/digest. Noradrenaline: fight/flight.
Deze twee neurotransmitters binden bij het autonome zenuwstelsel aan G-eiwit-gekoppelde
receptoren. Ze hoeven minder snel te reageren.
De muscarine cholinerge receptor is de receptor voor acetylcholine in het parasympatische
zenuwstelsel. Noradrenaline bindt aan adrenerge receptoren.
Voorbeeld van een regelkring:
Variabele meten en vergelijken met een setpoint. Wijkt hij ervan af corrigeren.
Positieve feedbackloops zijn niet homeostatisch: meten afwijking corrigeren verder van
de waarde af.
- Wanneer is dit dan handig? Pijn bij weeën zorgt voor meer weeën
- Actiepotentiaal, de depolarisatiefase (hoe meer natrium, hoe meer kanaaltjes open
gaan)
Negatieve feedbackloops zijn homeostatisch. De afwijking wordt gecorrigeerd richting de
goede waarde (afwijking verkleint), de setpoint. Een groot aantal setpoints bevinden zich in
de hypothalamus.
Sensorische kant van de regelkring: somatosensorisch (kan je je bewust van zijn, voelen en
merken) en viscerosensorisch (onbewust bijvoorbeeld bloeddruk). Dit gaat naar het centraal
zenuwstelsel en kan worden bijgesteld met de motorische kant (somatomotorisch
aansturing skeletspieren met acetylcholine; visceromotorisch autonoom zenuwstelsel;
acetylcholine voor rest/digest en noradrenaline voor fight/flight).
Somatosensorisch (open zenuwuiteinde): pijn, jeuk, temperatuur, proprioceptie (dat je met je
ogen dicht weet waar je ledematen uithangen), trilling, vibratie.
Viscerosensorisch: perifere chemoreceptoren, baroreceptoren (bloeddruk).
Vijf klassieke zintuigen: reuk, gehoor, evenwicht, smaak en visus.
In de open zenuwuiteinden zitten ionkanalen. Het ionkanaal TRPV1 is gevoelig voor allerlei
stofjes die bij weefselschade horen, en kan een pijnprikkel opwekken. Hij kan ook hitte
waarnemen. Calcium en natrium zorgen in dit kanaal voor een actiepotentiaal.
Voor mechanische stimuli zoals bloeddruk en trillingen, gebruiken we het ionkanaal piezo. Dit
is een mechanically gated ionchannel (bij rek gaan poortjes open). Opnieuw calcium en
natrium voor actiepotentiaal.
Reflexkring:
- Stimulus/sensor gaat via het afferente neuron via de dorsale wortels dorsaal het
ruggenmerg binnen
- Via een interneuron schakelt hij over naar een ventraal gelegen motorneuron; deze
stuurt bijvoorbeeld een spier/klier aan
Bij een reflex gaat er pas later informatie naar je brein.
De motorische kant van de reflexkring bepaalt of het een somatische of autonome reflex is.
- Gewoon somatomotorische neuronen naar skeletspieren somatische reflex
- Is de motorische kant onderdeel van het autonoom zenuwstelsel autonome reflex
Ruggenmerg grijze vlinder organisatie:
- Dorsale wortel en dorsaal ganglion: alle sensorische informatie komt daar binnen
o Somatosensorisch: helemaal dorsaal; viscerosensorisch: iets ventraler
- Lager ligt visceromotorisch (start autonoom zenuwstelsel); daar nog lager ligt
somatomotorisch; beiden verlaten via de ventrale wortel het centraal zenuwstelsel
Visceromotorische kopzenuw: nervus vagus (deze is ook viscerosensorisch; anders voor
viscerosensorisch de nervus glossopharyngeus).
Viscerosensorische kern heet de nucleus tractus solitarius. De somatosensorische kern is de
thalamus. De negende, tiende en zevende kopzenuw lopen daarheen.
Skeletspieren: