HOORCOLLEGES NEURONALE EN
HORMONALE REGULATIE
Gezondheidswetenschappen, 2de jaar
Inhoud
Inleiding............................................................................................................................................................................. 1
Hoorcollege 1: Neuronale communicatie ......................................................................................................................... 1
Hoorcolleges 2 en 3: Neuroanatomie ............................................................................................................................... 9
Hoorcollege 4: Snelle neurotransmissie ......................................................................................................................... 25
Hoorcollege 5: Trage neurotransmissie .......................................................................................................................... 32
Hoorcollege 6: Sensorische systemen ............................................................................................................................ 39
Hoorcollege 7: Leren en geheugen ................................................................................................................................. 45
Hoorcollege 8: Neuronale ontwikkeling ......................................................................................................................... 51
Hoorcollege 9: Motivatie en attentie.............................................................................................................................. 56
Hoorcollege 10: Neurodegeneratie ................................................................................................................................ 61
Hoorcollege 11: Principes van hormonale regulatie ....................................................................................................... 68
Hoorcollege 12: Eten en drinken .................................................................................................................................... 74
Hoorcollege 13: Groei en metabolisme .......................................................................................................................... 79
Hoorcollege 14: Insuline en glucagon ............................................................................................................................. 83
Hoorcollege 15: Voortplanting en seksuele ontwikkeling .............................................................................................. 89
Hoorcollege 16: Depressie en schizofrenie ..................................................................................................................... 93
,Inleiding
Doel van de cursus: inzicht geven in de biologische oorzaken van belangrijke gezondheidswetenschappelijke
problematiek in de 21ste eeuw
- Welke biologische processen en regelsystemen zijn betrokken bij het normale (gezonde) functioneren van
ons lichaam?
- Hoe leidt ontregeling van deze processen en systemen tot ziekte?
Ziektes waar de komende 40 jaar de gezondheidswetenschappers zich bezig mee gaan houden:
- Dementie (Alzheimer) → grootste risicofactor = leeftijd, er is geen behandeling
- Obesitas → 49% van de totale bevolking heeft overgewicht
- Depressie → 19% van de mensen onder 65 heeft ooit met een depressieve stoornis te maken gehad
Homeostase = het onderhouden van het interne milieu ondanks veranderingen in het externe milieu (bijvoorbeeld
lichaamstemperatuur d.m.v. door bloedvatdilatatie en zweten)
Een van de belangrijkste systemen die homeostatische processen reguleert: hersenen
Twee homeostatische controle centra: endocriene systeem (hormonen) en zenuwstelsel
Waarom is neuronale en hormonale regulatie belangrijk voor gezondheidswetenschappers?
Veel actuele gezondheidswetenschappelijke problematiek vind zijn oorzaak in het zenuwstelsel en/of in het
endocriene systeem:
- Psychiatrische en neurologische aandoeningen (Alzheimer, schizofrenie, ADHD)
- Hormonale aandoeningen (diabetes, groeistoornissen, vruchtbaarheidsstoornissen)
- Gecombineerd neuronaal en hormonaal (depressie, anorexia, obesitas)
Hoorcollege 1: Neuronale communicatie
Neuronen
Een zenuwcel heeft aan één kant een axon (uitlopers) waarmee deze signalen kan doorgeven en aan de andere kant
dendrieten waarmee het signalen kan opvangen. Over het algemeen worden uitlopers neurieten genoemd
(dendrieten en de axon). Aan het einde van de axon vind je synaptische terminals waarmee contact wordt gemaakt
met andere cellen. Aan een dendriet zitten uitstulpingen (dendritische spines), dit zijn de contactplaatsen voor
axonale boutons/terminal. Op deze plek wordt informatie van de ene zenuwcel doorgegeven aan de ander. Er zijn
veel verschillende zenuwcellen in het brein.
Neurondiversiteit
- Aantal neurieten (uitlopers)
- (pseudo)unipolair (één uitloper, bij pseudounipolair lijkt het erop dat er één uitlopers is terwijl er
wel een axon én een dendriet is), bipolair (twee uitlopers), multipolair (één axon, meerdere
dendrieten) → een zenuwcel heeft altijd maar één axon
1
, - Vorm van dendrieten/dendritische uitlopers (de ruimte/vorm die wordt ingenomen)
- Piramidale cellen (piramidevorm), stellaatcellen (stervorm, helemaal rondom), Purkinje-cellen
(vernoemd naar degene die het heeft ontdekt)
- De lengte van de axon (de axon is de langste uitloper van de zenuwcel)
- Projectieneuronen (zenuwcellen met lange axon), interneuronen/schakelneuronen (korte uitlopers)
- Functie (ontvangen of aansturen)
- Afferente neuronen (ontvangen, denk aan de huid) (bijvoorbeeld sensorische neuronen), efferente
neuronen (aansturen, denk aan spieren) (bijvoorbeeld motorische neuronen)
- Transmitter secretie (chemische stof om signaal door te geven)
- Glutamaat, dopaminerge, cholinerge (acetylcholine), etc.
Unipolaire neuronen hebben eigenlijk maar één uitloper, deze splitst zich wel in een ontvangende en doorgevende
kant. De vraag is echter of je dit wel of niet een dendriet mag noemen. Uit de cellichaam komt maar één axon. Bij
unipolaire neuronen gaat het signaal sneller, omdat het cellichaam er niet tussen zit.
Door de grote diversiteit aan zenuwcellen kunnen we veel verschillende functies met het brein.
Neuron aantallen
Het menselijke brein bevat 3-5 * 1011 (300-500 miljard) neuronen
- 1,6 * 1011 in de hersenschors (cerebral cortex)
- 1011 kleine granulen in het cerebellum (de kleine hersenen)
Er zijn 10 keer meer niet-neuronale cellen (gliacellen) in het brein:
→ niet alleen maar ondersteunende cellen, belangrijke
functies → veel helpen zenuwcellen in hun functie (oligodendrocyten, astrocyten, microgliacellen)
2
, - Oligodendrocyten vormen een isolerend laagje (myeline) rondom de axonen (efficiënt doorgeven).
- Astrocyten maken met hun uitlopers contact met bloedvaten en dichten daarmee bloedvaten in het brein
(bloed-hersenbarrière), dit voorkomt dat stoffen zomaar vanuit het bloed de hersenen in komen. Ook
kunnen zij contact maken met zenuwcellen met name rondom de synapsen (waar zenuwcellen met elkaar
communiceren), deze beïnvloeden de manier van neurontransmitteruitwisseling. Deze zijn dus bijna net zo
belangrijk als zenuwcellen.
- Microgliacellen zijn de enige die niet uit het brein zelf afkomstig zijn, deze komen uit het immuunsysteem.
Dit zijn immuuncellen die in het brein infiltreren en daar een immuunfunctie hebben.
Myelinisatie
In het centrale zenuwstelsel (brein en ruggenmerg) zijn oligendendrocyten actief. In het perifere zenuwstelsel (alle
andere zenuwcellen) zijn Schwann-cellen actief, ook deze vormen een isolerend laagje.
Multiple sclerose (MS) heeft te maken met het feit dat zenuwcellen niet efficiënt meer het signaal kunnen
doorgeven, dit komt door ontstekingsreacties (van myeline) in het brein. Hierdoor gaan allerlei processen in het
brein niet meer goed: visueel, sensatie (gevoel), lopen, moeheid. Voornamelijk de functies die afhankelijk zijn van
lange afstanden (veel neuronen/lange neuronen) verminderden hierdoor.
Neuronen zijn exciteerbare cellen
Exciteerbare cellen betekent dat ze een actiepotentiaal kunnen opwekken. Ze gebruiken hiervoor elektriciteit. Een
actiepotentiaal is de eenheid van elektriciteit die zenuwcellen gebruiken om informatie door te geven.
Actiepotentialen zijn snelle en korte omkeringen in membraanpotentiaal (verschil tussen binnen en buitenkant van
de cel) die zich actief over het celoppervlak verplaatsen.
3
,Dit zou gemeten kunnen worden:
Elektrische activiteiten in neuronen
Een cel die niks doet kent een rustmembraanpotentiaal (spanningsverschil tussen binnen- en buitenkant). Om dit in
stand te houden is er energie nodig. Dit kan overgaan in een gegradeerde potentiaal, hiervoor is een stimulus nodig.
Dit kan dan overgaan in een actiepotentiaal, die kan zich verplaatsen van het begin van de axon naar het uiteinde
van de axon. Die actiepotentiaal is eigenlijk het signaal voor het afgeven van een neurotransmitter. Zonder dit
actiepotentiaal is er geen afgifte van een neurotransmitter (hierom is het ook belangrijk dat axonen goed geïsoleerd
zijn, als dit niet zo is zullen actiepotentialen niet het einde van de axon bereiken en zal er geen neurotransmitter af
worden gegeven).
Rustmembraanpotentiaal
Het rustmembraanpotentiaal (Vm) is het membraanpotentiaal van een cel in een niet-gestimuleerde staat.
Bij neuronen is een rustmembraanpotentiaal een spanningsverschil van ongeveer -70 mV (binnenkant is negatiever
geladen dan de buitenkant). Een celwand kan alleen iets met natrium, chloride en kalium. Er zijn verschillende
kanalen (eiwitten) in de celmembraan voor de specifieke stoffen. Er is een passief kaliumkanaal, kalium kan hier
continue doorheen. Kalium loopt dan automatisch naar binnen, omdat hier de hoogste concentratie is
4
,(concentratiegradiënt/diffusiegradiënt). Als kalium naar buiten stroomt dan bouwt daar een positieve lading kalium
op, deze positieve lading hoopt zich op waardoor dit juist kalium weer afstoot. Er bestaat een evenwichtspotentiaal
waar kalium in evenwicht is en er net zo veel naar binnen als naar buiten wilt (membraanpotentiaal is dan -90 mV).
Er zijn ook passieve natriumkanalen, die precies andersom werken. Natrium wil naar de buitenkant van de cel op
basis van de concentratiegradiënt, en naar binnen omdat hier de lading positief is. Ook natrium heeft een
evenwichtspotentiaal. Als je kalium en natrium bij elkaar neemt krijg je uiteindelijk een gemiddeld rustpotentiaal van
-70 mV. Een cel die alleen maar deze kanalen heeft kan niet goed functioneren, maar wel als er nog een systeem is
om natrium en kalium te controleren. Dit is de wisselpomp die actief natrium de cel uit en kalium de cel in pompt.
Voor elke drie moleculen natrium die naar buiten worden gepompt worden er twee moleculen kalium naar binnen
gepompt. Deze pomp is belangrijk, omdat hierdoor zenuwcellen in staat om het rustmembraanpotentiaal op -70 mV
te houden. Deze pomp gebruikt energie: één molecuul ATP per drie natrium moleculen en twee kalium moleculen.
Neuronale stimulatie
Onder sommige omstandigheden kan er een verandering in het rustmembraanpotentiaal plaatsvinden.
Het teruggaan naar het rustmembraanpotentiaal is een repolarisatie. Dit betekent echter nog steeds niet dat een
zenuwcel wordt geactiveerd.
Wat zorgt ervoor dat een neuron wordt gedepolariseerd of gehyperpolariseerd?
Experimenteel: door natrium naar binnen te pompen krijg je depolarisatie, door chloride naar binnen te pompen
krijg je hyperpolarisatie
In de hersenen: synaptische input van andere neuronen (neurotransmitters) en input van sensorische organen
Ligand-gestuurde ionkanalen
Deze kanalen openen in reactie op de binding van een chemische stof (een ligand, vaak een neurotransmitter),
resulterend in de instroom van een specifiek ionentype (ionenspecificiteit) en een kleine verandering in
membraanpotentiaal. Deze kanalen spelen een belangrijke rol bij de inductie van neuronale depolarisatie of
hyperpolarisatie. Deze kanalen staan maar een milliseconde open. Dit soort gegradeerde potentialen zijn nog geen
actiepotentialen. Een actiepotentiaal treedt op wanneer de gegradeerde potentialen groot genoeg zijn.
Actiepotentialen
Depolarisatie van een neuron groter dan de drempelwaarde resulteert in het generen van een actiepotentiaal.
5
, Acetylcholine is een stimulerende neurotransmitter, deze kan namelijk een actiepotentiaal veroorzaken.
GABA (gamma-aminoboterzuur) is een remmende neurotransmitter, deze zal nooit een actiepotentiaal veroorzaken
(membraanpotentiaal wordt namelijk alleen maar negatiever).
Voltage-gestuurde ionkanalen
Deze reageren op het membraanpotentiaal. De kanalen openen als reactie op kleine veranderingen in
membraanpotentiaal, resulterend in massale instroom of uitstroom van een specifiek ionentype (ionenspecificiteit),
wat een snelle en robuuste piek in membraanpotentiaalverandering veroorzaakt. Deze kanalen spelen een
belangrijke rol bij het ontstaan en de beëindiging van actiepotentialen. Wanneer de drempelwaarde wordt bereikt
komt er veel natrium in de cel (door opening van kanalen), wanneer er terug moet naar de rustmembraanpotentiaal
(repolarisatie) wordt de influx van natrium gestopt en wordt er kalium naar binnen gepompt.
Generatie van actiepotentialen
6
