1. Jahrgang 1. Semester 36. Vorlesung, 23.11.2016 Dávid Csaba Feinbau und Klassifizierung der Nervenzelle. Glia. Struktur der Nervenfasern. Degeneration und Regeneration der Nervenfaser. 1. Jahrgang 1. Semester 36. Vorlesung, 23.11.2016 Dávid Csaba

haemopoetische Zellinie Mesoderm Ektoderm Neuralrohr Neuralleiste haemopoetische Zellinie Neuroepithel Oligodendrocyt prekursor radiale Glia excitatorische Neuronen inhibitorische Neuronen Microglia Ependym Astrozyt Oligodendrozyt Schwann Satellit Phagocytose Epithel des Kammersystems Stützen und räumliche Isolation der Neuronen, Raumausfüllung Elektrische Isolation mehrerer Axone Elektrische Isolation einzelner Axone Stützen und elektrische Isolation der Ganglion-zellen Zelluläre Immunreaktion Produktion und Circulation von Liquor cerebro-spinalis (Plexus choroideus, Kinozilien) Trophische Rolle Induktion von Blut-Hirn-Schranke in Kapillaren-endothel Regulation der Zusammensetzung interzellulärer Flüssigkeit Blut-Liquor-Schranke Speichern von Transmittern

Die Glia Rudolf Ludwig Karl Virchow hat das Wort erstmal benutzt im XIX. Jahrhundert. Er meinte, dass es bindegewebsähnliche Substanz im ZNS auch geben muss. (Virchow: Die Zellularpathologie, 1854) Der Name stammt aus dem griechischen, bedeutet Leim. Virchow hat Glia als zellfreies Bindungsmaterial zwischen den Nervenzellen beschrieben. Später durch Metallimpregnationen und spezifischen Färbungen wurde es möglich die Struktur der Glia und deren Zellen zu beobachten, und sie zu klassifizieren(Marcus Jacobsson: Foundations of neuroscience)

Krstic G.: Die Gewebe des Menschen und der Saugetiere, Spriger, 1978 Microglia Spacek: The atlas of ultrastructural neurocytology (http://synapses.clm.utexas.edu/atlas/contents.stm) Grays Anatomy, 8.ed. Elsevier 2005

haemopoetische Zellinie Astrozyt Oligodendrocyt prekursor radiale Glia Produktion und Circulation von Liquor cerebro-spinalis (Plexus choroideus, Kinozilien) haemopoetische Zellinie Zelluläre Immunreaktion Stützen und räumliche Isolation der Neuronen, Raumausfüllung Astrozyt Oligodendrocyt prekursor Elektrische Isolation einzelner Axone Blut-Liquor-Schranke Epithel des Kammersystems Trophische Rolle Regulation der Zusammensetzung interzellulärer Flüssigkeit Induktion von Blut-Hirn-Schranke in Kapillaren-endothel excitatorische Neuronen radiale Glia Neuralrohr Elektrische Isolation mehrerer Axone Stützen und elektrische Isolation der Ganglion-zellen Microglia Ependym Ektoderm inhibitorische Neuronen Neuralleiste Mesoderm Speichern von Transmittern Neuroepithel Oligodendrozyt Schwann Satellit Phagocytose Phagocytose haemopoetische Zellinie Microglia Zelluläre Immunreaktion Mesoderm

Lüllmann-Rauch: Histologie, Thieme 2006 Krstic G.: Die Gewebe des Menschen und der Saugetiere, Spriger, 1978 Ependym Das Kammersystem des Gehirns wird durch eine kubische Epithelschicht bekleidet Die Epithelzellen können Kinozielien oder Microvilli tragen Gelegentlich nehmen sie auch in der Bildung der Membrana gliae superficialis teil Speziale Formen: Epithel des Plexus choroideus und die Tanycyten in der Eminentia mediana Canalis centralis Tanycyt Plexus choroideus Eminentia mediana

haemopoetische Zellinie Mesoderm haemopoetische Zellinie Microglia Phagocytose Zelluläre Immunreaktion Produktion und Circulation von Liquor cerebro-spinalis (Plexus choroideus, Kinozilien) Stützen und räumliche Isolation der Neuronen, Raumausfüllung excitatorische Neuronen Epithel des Kammersystems Regulation der Zusammensetzung interzellulärer Flüssigkeit Elektrische Isolation mehrerer Axone Ektoderm Blut-Liquor-Schranke Induktion von Blut-Hirn-Schranke in Kapillaren-endothel Trophische Rolle Oligodendrocyt prekursor inhibitorische Neuronen Elektrische Isolation einzelner Axone Stützen und elektrische Isolation der Ganglion-zellen Neuroepithel Ependym Neuralrohr Astrozyt Speichern von Transmittern radiale Glia Oligodendrozyt Neuralleiste Schwann Satellit Epithel des Kammersystems Neuroepithel Ektoderm Produktion und Circulation von Liquor cerebro-spinalis (Plexus choroideus, Kinozilien) Neuralrohr Ependym Blut-Liquor-Schranke

Macroglia Alvarez-Buylla, Nature Reviews Neuroscience, 2001 Grays Anatomy, 8.ed. Elsevier 2005

haemopoetische Zellinie Mesoderm Ektoderm Neuralrohr Neuralleiste haemopoetische Zellinie Neuroepithel Microglia Ependym Phagocytose Epithel des Kammersystems Zelluläre Immunreaktion Produktion und Circulation von Liquor cerebro-spinalis (Plexus choroideus, Kinozilien) Blut-Liquor-Schranke Elektrische Isolation mehrerer Axone Induktion von Blut-Hirn-Schranke in Kapillaren-endothel Regulation der Zusammensetzung interzellulärer Flüssigkeit radiale Glia Stützen und räumliche Isolation der Neuronen, Raumausfüllung Oligodendrocyt prekursor Stützen und elektrische Isolation der Ganglion-zellen excitatorische Neuronen Elektrische Isolation einzelner Axone inhibitorische Neuronen Speichern von Transmittern Astrozyt Trophische Rolle Oligodendrozyt Schwann Satellit radiale Glia Astrozyt excitatorische Neuronen

Astrocyt protoplasmatische Astrocyt (vorwiegend in der grauen Substanz) fibrilläre Astrocyt (vorwiegend in der weißen Substanz) Spacek: The atlas of ultrastructural neurocytology (http://synapses.clm.utexas.edu/atlas/contents.stm) Krstic G.: Die Gewebe des Menschen und der Saugetiere, Spriger, 1978

Membrana limitans gliae perivascularis et superficialis Krstic G.: Die Gewebe des Menschen und der Saugetiere, Spriger, 1978 Membrana limitans gliae perivascularis et superficialis Lüllmann-Rauch: Histologie, Thieme 2006

haemopoetische Zellinie Mesoderm Ektoderm Neuralrohr haemopoetische Zellinie Neuroepithel radiale Glia excitatorische Neuronen Microglia Ependym Astrozyt Phagocytose Epithel des Kammersystems Zelluläre Immunreaktion Produktion und Circulation von Liquor cerebro-spinalis (Plexus choroideus, Kinozilien) Blut-Liquor-Schranke Stützen und räumliche Isolation der Neuronen, Raumausfüllung Oligodendrocyt prekursor Stützen und elektrische Isolation der Ganglion-zellen Induktion von Blut-Hirn-Schranke in Kapillaren-endothel inhibitorische Neuronen Elektrische Isolation einzelner Axone Neuralleiste Regulation der Zusammensetzung interzellulärer Flüssigkeit Elektrische Isolation mehrerer Axone Speichern von Transmittern Trophische Rolle Oligodendrozyt Schwann Satellit Regulation der Zusammensetzung interzellulärer Flüssigkeit Stützen und räumliche Isolation der Neuronen, Raumausfüllung Induktion von Blut-Hirn-Schranke in Kapillaren-endothel Trophische Rolle

Oligodendrocyt Krstic G.: Die Gewebe des Menschen und der Saugetiere, Spriger, 1978

haemopoetische Zellinie Mesoderm Ektoderm Neuralrohr haemopoetische Zellinie Neuroepithel radiale Glia excitatorische Neuronen Microglia Ependym Astrozyt Phagocytose Epithel des Kammersystems Stützen und räumliche Isolation der Neuronen, Raumausfüllung Zelluläre Immunreaktion Produktion und Circulation von Liquor cerebro-spinalis (Plexus choroideus, Kinozilien) Trophische Rolle Induktion von Blut-Hirn-Schranke in Kapillaren-endothel Regulation der Zusammensetzung interzellulärer Flüssigkeit Blut-Liquor-Schranke Speichern von Transmittern Oligodendrocyt prekursor Elektrische Isolation mehrerer Axone inhibitorische Neuronen Elektrische Isolation einzelner Axone Neuralleiste Stützen und elektrische Isolation der Ganglion-zellen Oligodendrozyt Schwann Satellit Oligodendrocyt prekursor Oligodendrozyt Elektrische Isolation mehrerer Axone inhibitorische Neuronen

Schwannzelle Myelinscheide marklose Schwannscheide Krstic G.: Die Gewebe des Menschen und der Saugetiere, Spriger, 1978 Schwannzelle Spacek: The atlas of ultrastructural neurocytology (http://synapses.clm.utexas.edu/atlas/contents.stm) Myelinscheide marklose Schwannscheide

haemopoetische Zellinie Mesoderm Ektoderm Neuralrohr haemopoetische Zellinie Neuroepithel Oligodendrocyt prekursor radiale Glia excitatorische Neuronen inhibitorische Neuronen Microglia Ependym Astrozyt Oligodendrozyt Phagocytose Epithel des Kammersystems Stützen und räumliche Isolation der Neuronen, Raumausfüllung Elektrische Isolation mehrerer Axone Zelluläre Immunreaktion Produktion und Circulation von Liquor cerebro-spinalis (Plexus choroideus, Kinozilien) Trophische Rolle Induktion von Blut-Hirn-Schranke in Kapillaren-endothel Regulation der Zusammensetzung interzellulärer Flüssigkeit Blut-Liquor-Schranke Speichern von Transmittern Stützen und elektrische Isolation der Ganglion-zellen Elektrische Isolation einzelner Axone Schwann Neuralleiste Satellit Neuralleiste Schwann

Satellitenzellen Lüllmann-Rauch: Histologie, Thieme 2006 Krstic G.: Die Gewebe des Menschen und der Saugetiere, Spriger, 1978 Satellitenzellen Spacek: The atlas of ultrastructural neurocytology (http://synapses.clm.utexas.edu/atlas/contents.stm)

haemopoetische Zellinie Mesoderm Ektoderm Neuralrohr Neuralleiste haemopoetische Zellinie Neuroepithel Oligodendrocyt prekursor radiale Glia excitatorische Neuronen inhibitorische Neuronen Microglia Ependym Astrozyt Oligodendrozyt Schwann Phagocytose Epithel des Kammersystems Stützen und räumliche Isolation der Neuronen, Raumausfüllung Elektrische Isolation mehrerer Axone Elektrische Isolation einzelner Axone Zelluläre Immunreaktion Produktion und Circulation von Liquor cerebro-spinalis (Plexus choroideus, Kinozilien) Trophische Rolle Induktion von Blut-Hirn-Schranke in Kapillaren-endothel Regulation der Zusammensetzung interzellulärer Flüssigkeit Blut-Liquor-Schranke Speichern von Transmittern Stützen und elektrische Isolation der Ganglion-zellen Satellit

Myelinscheide Oligodendroglia (ZNS) Schwannzellen (PNS) Wheater: Funktionelle Histolgoie 2.ed., Urban&Schwarzenberg Lüllmann-Rauch: Histologie, Thieme 2006

Grenze des ZNS Grays Anatomy, 8.ed. Elsevier 2005

Myelinscheide Krstic G.: Die Gewebe des Menschen und der Saugetiere, Springer, 1978 AXON Ranvier-Schnürring Schmidt-Lanterman Spalt

Myelinscheide schnelle Weiterleitung des Aktionspotentials Ranvier-Schnürring -viele spannungsabhängige Na+ Kanäle -nodale Axonmembran: niedriger elektrischer Wiederstand -internodale Axonmembran: hoche elektrischer Wiederstand -Ort der Depolarisation: Ranvier-Schnürring nodales Axon Myelinscheide paranodales Axon Lamina basalis

Entstehen der Myelinscheide MAG – Myelin Associated Glycoprotein vor der Myelinisation -parallele Ausrichtung der Schwann-Zellen entlang des Axons -fängt nach dem Entstehen der Lamina basalis an -Axonoberfläche: viele Neuregulin 1 Type III: dicke Myelinscheide -ohne Neuregulin 1 type III : keine Myelinschide Rolle der Lamina basalis: Polarisation der Schwann-Zelle -Lamina basalis nach aussen -axonale Seite der Schwann-Zelle: nectin-like Zelladhäsionsmolekül (Necl4) - Axonmembran: Necl1 Zelladhäsionsmoleküle Necl1 bindet Necl4 Schwann-Zelle wird zum Axon angeheftet -Par polarity Komplex lokalisiert an der Innenfläche der Gliamembran

Gliale Erkrankungen Gliome (Ependymom, Oligodendrogliom, Astrocytom, akustisches Neurom oder Schwannom), diese Tumorarten können nach THC Behandlung Rückbildung zeigen Demyelinisierende Erkrankungen Sclerosis multiplex. Oligodendrocyten sind beteiligt, vermutlich wegen der Produktion eines Antikörpers gegen Myelin Basic Protein. In Entmarkungsherden entwickelt sich Gliose. Guillain-Barré-Syndrom (Akute Inflammatorische (=entzündliche) Demyelinisierende Polyneuropathie (AIDP), oder einfach Poliradikulitis) Autoimmun, Antikörper gegen Schwannzellen

Neuron retrograder Transport R.E.R. Nucleus anterograder Transport (Nissl Schollen) Nucleus Golgi anterograder Transport

Streit am Anfang des XX. Jahrhunderts Santiago Ramón y Cajal István Apáthy Kontinuitätstheorie Mihály Lenhossék Aber: gap junctions Camillo Golgi Kontinuitätstheorie teilweise richtig János Szentágothai Kontiguitätstheorie

Klassifizierung der Nervenzellen Nach der Zahl der Fortsätze -Multipolare -Bipolare -Pseudounipolare Funktionelle Einteilung -Afferenten (Sensorisch) -Efferenten (Motorisch) Localisation -Zentrales Nervensystem (ZNS) -Peripheres Nervensystem (PNS)

Klassifizierung Nach der Zahl der Fortsätze Multipolare Neurone: z.B. Körnerzellen, Pyramidenzellen, Sternzellen, Korbzellen. (axonlose Neurone, z.B. Körnerzellen im Bulbus olfactorius) Bipolare Neurone: in der Netzhaut, Innere Ohr. Pseudounipolare Neurone: Sie sind am Anfang ihrer Entwicklung bipolare Proneurone Sensorischen Spinal- und Hirnnervenganglien

Karagiannis et al. Journal of Neuroscience 2009

Perykaryon (Soma) -5 um-110 um Durchmesser -große runde Zellkern, Nucleolus -Nissl-Schollen (Tigroid) =Raues ER Nissl-Substanz wird häufig die sog. Nissl-Färbung mit basischen Thiazin-Farbstoffen (z.B. Kresylviolett) eingesetzt. Fehlen in Axonhügeln aber sind in Dendrit-Ursprungen zu finden

Perykaryon (Soma) Golgi-Apparat – wurde erstmal in Neuronen beschrieben -Bildung von Neuro-hormonen und Neurotransmittern -Bildung Membranen der Transmitterbläschen Mitochondrien Lysosomen Lipofuscingranula Glykogenpartikel Golgi-Apparat – wurde erstmal in Neuronen beschreiben Melaningranula (Substantia nigra) Eisenhaltiges Pigment (Nucleus ruber)

Dendriten Rezeptiver (afferenter) Schenkel eines Neurons Enthalten im Gegensatz zu Axonen raues ER und freie Ribosomen Dendritische Dorne – bis zum 2 μm großen Ausbuchtungen An Dornen enden die Axone excitatorischer Neurone Ein Extrembeispiel ist die Purkinje-Zelle der Kleinhirnrinde, deren Dendriten etwa 180 Tausend Dornen tragen und über 200 Tausend synaptische Kontakte eingehen. Kalzium-ionen speichernde Dorn-Apparat (Cysternen) und synaptopodin protein Die Dornendichte ist reduziert unter bestimmten physiologischen Bedingungen (Demenz, Alkoholismus, Schizophrenie, Schwangerschaft) Nervenzellen besitzen eine unterschiedlich große Anzahl von Dendriten. Funktionell handelt es sich beim Dendrit um den rezeptiven (afferenten) Schenkel eines Neurons. Der Dendrit besitzt einen stammförmigen Ursprung, der sich im weiteren Verlauf verjüngt und in eine unterschiedlich große Anzahl von zunehmend dünneren Ästen verzweigt (dendron, gr.: Baum) (Abb. 3.8-1, 3, 5). Dendriten enthalten im Gegensatz zu Axonen raues ER und freie Ribosomen, im stammförmigen Ursprungs bereich sogar Golgi-Diktyosomen und Stapel von rauem ER (Nissl-Schollen) (Abb. 3.8-4a). Außerdem kommen in Dendriten Mitochondrien, Mikrotubuli, Neurofilamente und Lysosomen vor.

Axon (Neurit) Der Efferente Schenkel eines Neurons Axonursprung (Axonhügel, Ursprungskegel) - keine NISSL-Substanz Subplasmalemmale Verdichtung mit Anfang der Microtubulen und spannungsabhängigen Na+-Kanalen Summe der “Inhibitory postsynaptic potentials” (IPSP) und “Excitatory postsynaptic potentials (EPSP)” verursacht die Aktionspotenziale Kann mehr als 1 m lang sein

Mensch mit 60 km langem Arm

Peripherer Nerv Wheater: Funktionelle Histolgoie 2.ed., Urban&Schwarzenberg

Peripherer Nerv Axon + Gliahülle = Nervenfaser Nervenfasern + Hüllen = Nerv

Lüllmann-Rauch: Histologie, Thieme 2006

Hüllen Krstic G.: Die Gewebe des Menschen und der Saugetiere, Springer, 1978

Ursprüngliche Gruppierung der Fasern Typ A großer Durchmesser, hoche Leitungsgeschwindigkeit, Markscheide Typ B kleiner Durchmesser, niedrige Leitungsgeschwindigkeit, Markscheide Typ C kleiner Durchmesser, sehr niedrige Leitungs-geschwindigkeit, Schwannscheide (marklose Fasern) siehe noch: http://michaeldmann.net/mann12.html

Vergleich der sensorischen Fasertypen Durchmesser(µm) Leitungsgeschwin-digkeit (m/sec) Funktio Ia(A-) 12 - 20 70 – 120 Propriozeptio, Muskelspindel Ib(A-) 70 –120 Golgi-Sehnenorgan II(A-) 5 - 12 30 – 70 Berührung , Druck und Vibration III(A-) 2 - 5 12 – 30 Berührung, Druck, schneller Schmerz und Temperatur IV(C) 0.5 - 1 0.5 – 2 langsamer Schmerz, Temperatur

Vergleich der motorischen Fasertypen Durchmesser(µm) Leitungsgeschwin-digkeit (m/sec) Funktio Alpha(A-) 12 - 20 15 – 120 α-Motoneuron extrafusale Muskelfaser Gamma(A-) 2 - 10 10 – 45 γ- Motoneuron intrafusale Muskelfaser präganglionäre Vegetative Faser (B)  3 3 – 15 präganglionäre Faser mit Markscheide postganglionäre vegetative Faser (C) 1 2 postganglionäre Faser ohne Markscheide

Zusammenfassung der Fasertypen Durchmesser(μm) Leitungsgeschwindigkeit (m/s) Efferens Afferens Aα 12-20 70-120 extrafusale Muskelfaser Muskelspindel, Golgi-Sehnenorgan Aβ 5-12 30-70 Haut: Berührung, Druck, Vibratio Aγ 2-10 10-45 intrafusale Muskelfaser Aδ 2-5 12-30 Haut: Berührung, Druck, schneller Schmerz, Temperatur B 1-3 3-15 preganglionare vegetative Faser C 0,5-1 0,5-2 postganglionare vegetative Faser Haut, Eingeweide: langsamer Schmerz, Temperatur

Axondegeneration und Regeneration wegen physikalischen Einwirkungen (Trauma, Hypoxia, usw.) wegen Gliadegeneration (geerbt, erworben)

Klassifizierung der Nervenverletzungen nach Sunderland Endoneurium unverletzt = Neuropraxia wegen Druck, Ischaemia usw. entstehende funktionelles (nicht strukturelles) Problem, kann spontan geheilt werden II Axonläsion in unverletztem Endoneurium = Axonotmesis Wallersche (anterograde) Degeneration vollständige Regeneration möglich III Verletzung des Axons und des Endoneuriums voller motorischer und sensorischer Funktionsausfall Regeneration möglich, aber langsam je proximalere Verletzung, umso schlechtere Prognose IV Verletzung des Axon, des Endoneuriums und des Perineuriums voller motorischer und sensoricher Funktionsausfall schlechte Prognose ohne operative Behandlung V Verletzung von Epineurium bis Axon (voller Querschnitt des Nervs) operative Behandlung unbeding notwendig N e u r o t m e s i s Seddon: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2164137/pdf/brmedj04005-0003.pdf Sunderland: http://brain.oxfordjournals.org/content/74/4/491.full.pdf

Symptome elektrische Leitung wird sofort gestoppt verminderte Reaktion im Zielgebiet nach Stimulation in 7 Tage Denervationssymptome in 2-5 Wochen (zB. Muskeldystrophie) Reinnervation in 6-8 Wochen, wenn möglich

Reaktionen der Neurone Wallerische Degeneration

Regeneration des Nervs Desintegration des Axons und der Myelinscheide distal von der Verletzung (+ Makrophage), Chromatolyse, Hypertrophie: Perikaryon vergrößert, Nissl-Schollen verkleinern Anzahl der Ribosomen erhöht, Syntheserate der RNS erhöht Schwann-Zelle-Proliferation Schwann-Zellen ausrichten sich nach dem Axon (Büngner Bänder) viele Ausläufer vom geschnittenen Ende des Axons, optimalerweise eins davon findet den Weg zwischen den Büngner Bänder Wenn der neue Fortsazt Synapsen bilden kann, dann die Myelinisierung fängt von proximal nach distal an das neue Axon hat kleineren Durchmesser und niedrigere Leitungsgeschwindigkeit die Größe des Perikaryons wird wieder normal, Neubildung der Nissl-Schollen Wenn etwas schief geht, entsteht eine Glianarbe, und die kurze Ausläufer bleiben in der Nähe der Verletzung erhalten

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!