Modul 1 - Cellulär kommunikation och farmakologi

Kurs: Basvetenskap 4

Modulen täcker grundläggande neuroanatomi (kärl, hjärnhinnor, ventrikelsystem, kranialnerver, hjärnstam, cerebellum, cortex och vit substans), cellulär kommunikation (jonkanaler, aktionspotential, synapser och neurotransmittorer), grundläggande farmakologi/receptorlära samt histologiska metoder.

Blodförsörjning och venöst avflöde

• CNS blodförsörjning och venöst avflöde – översikt över hjärnans arteriella och venösa system
• A. carotis interna – huvudartär för främre cirkulationen, ger upphov till a. cerebri anterior och media
• A. cerebri anterior – försörjer mediala delen av frontal- och parietalloben
• A. cerebri media – försörjer stora delar av laterala hemisfären, vanligast drabbad vid stroke
• A. cerebri posterior – försörjer occipitalloben och delar av temporalloben, del av bakre cirkulationen
• A. communicans anterior – förbinder de två a. cerebri anterior, del av Circulus arteriosus (Willis)
• A. communicans posterior – förbinder främre och bakre cirkulationen, del av Circulus arteriosus (Willis)
• A. choroidea anterior – försörjer bl.a. plexus choroideus, capsula interna och delar av temporalloben
• A. callosomarginalis – gren av a. cerebri anterior längs gyrus cinguli
• A. pericallosa – gren av a. cerebri anterior som löper längs corpus callosum
• A. lenticulostriatae laterales – små perforerande grenar från a. cerebri media som försörjer basala ganglierna
• A. striata longa – perforerande gren som försörjer delar av striatum och capsula interna
• A. meningea media – försörjer dura mater, klassiskt kärl vid epiduralhematom
• A. ophthalmica – gren av a. carotis interna, försörjer ögat och orbitan
• A. cerebelli inferior anterior – del av bakre cirkulationen, försörjer anteroinferiora cerebellum
• A. cerebelli inferior posterior – gren av a. vertebralis, försörjer posteroinferiora cerebellum och laterala medulla
• V. basalis – djup cerebral ven som dränerar mot v. cerebri magna
• V. cerebri magna – djup ven (Galens ven) som mynnar i sinus rectus
• Sinus sagittalis superior – duralt vensinus längs falx cerebri, dränerar till confluens sinuum
• Sinus rectus – duralt vensinus mellan falx cerebri och tentorium, mynnar i confluens sinuum
• Sinus transversus – duralt vensinus från confluens sinuum mot sinus sigmoideus
• Sinus sigmoideus – duralt vensinus som fortsätter från sinus transversus till v. jugularis interna
• Sinus cavernosus – duralt vensinus lateralt om sella turcica, innehåller a. carotis interna och kranialnerver III, IV, V1-V2, VI
• Sinus petrosus superior – duralt vensinus som dränerar sinus cavernosus mot sinus transversus
• Sinus petrosus inferior – duralt vensinus som dränerar sinus cavernosus mot v. jugularis interna
• Confluence sinuum – sammanflödet av flera durala vensinus vid protuberantia occipitalis interna

Hjärnhinnor, ventrikelsystem och likvor

• Meninges (hjärnhinnorna) – de tre hinnorna som omger CNS: dura, arachnoidea och pia mater
• Dura mater – yttre, tjocka och sega hinnan, bildar bl.a. falx cerebri och tentorium cerebelli
• Arachnoidea mater – mellersta hinnan, spindelvävsliknande, subarachnoidalrummet innehåller likvor
• Pia mater – innersta, tunna hinnan som följer hjärnans/ryggmärgens yta tätt
• Falx cerebri – duraveck mellan de två cerebrala hemisfärerna
• Tentorium cerebelli – duraveck som separerar cerebrum från cerebellum
• Granulationes arachnoideae – utskott av arachnoidea genom dura in i venösa sinus, resorption av likvor
• Cisterna magna – stor subarachnoidal likvorficka mellan cerebellum och medulla oblongata
• Ventrikelsystemet och cerebrospinalvätska – översikt över ventrikelsystemet och likvorcirkulationen
• Ventriculus lateralis – de två sidoventriklarna, producerar merparten av likvor via plexus choroideus
• Ventriculus tertius – tredje ventrikeln mellan thalamus/hypothalamus, förbinden via foramen interventriculare
• Ventriculus quartus – fjärde ventrikeln mellan pons/medulla och cerebellum
• Foramen interventriculare – (Monros foramen) förbindelse mellan sidoventrikel och tredje ventrikeln
• Aqueductus cerebri – (Sylvius aquedukt) förbinder tredje och fjärde ventrikeln genom mesencephalon
• Apertura ventriculi quarti – öppningar (Luschka och Magendie) där likvor lämnar fjärde ventrikeln till subarachnoidalrummet
• Plexus choroideus – vaskulariserat epitel i ventriklarna som producerar cerebrospinalvätska
• Fossa rhomboideus – golvet av fjärde ventrikeln, bildat av pons och medulla oblongata

Kranialnerver

• N. Olfactorius – kranialnerv I, luktsinne
• N. Opticus – kranialnerv II, synbanan från retina
• N. Oculomotorius – kranialnerv III, innerverar de flesta yttre ögonmuskler samt parasympatiska pupillfibrer
• N. Trochlearis – kranialnerv IV, innerverar m. obliquus superior
• N. Trigeminus – kranialnerv V, sensorik i ansiktet samt motorik till tuggmuskulaturen
• N. Abducens – kranialnerv VI, innerverar m. rectus lateralis
• N. Facialis – kranialnerv VII, mimisk muskulatur, smak främre 2/3 av tungan, parasympatisk innervation
• N. Vestibulocochlearis – kranialnerv VIII, hörsel och balans
• N. Glossopharyngeus – kranialnerv IX, smak/sensorik bakre tungan, svalgmuskulatur, parasympatisk till glandula parotis
• N. Vagus – kranialnerv X, parasympatisk innervation av thorax och buk, svalg/struphuvud
• N. Accessorius – kranialnerv XI, innerverar m. sternocleidomastoideus och m. trapezius
• N. Hypoglossus – kranialnerv XII, motorisk innervation av tungmuskulaturen
• Kranialnerver för Ögonmotorik – översikt av N. III, IV och VI som styr de yttre ögonmusklerna

Hjärnstammen

• Hjärnstammen (Truncus encephali) – mesencephalon, pons och medulla oblongata; innehåller kranialnervskärnor och långa banor
• Basis pontis – ventrala delen av pons, innehåller kortikopontina/pontocerebellära fibrer
• Tegmentum pontis – dorsala delen av pons, innehåller kranialnervskärnor och retikulär substans
• Oliva – utbuktning på medulla oblongata, innehåller oliva inferior som projicerar till cerebellum
• Pyramis medullae oblongata – innehåller tractus corticospinalis, korsar i pyramidkorsningen
• Crus cerebri – ventrala delen av mesencephalon, innehåller kortikospinala/kortikobulbära fibrer
• Fossa interpeduncularis – fördjupning mellan crura cerebri på hjärnstammens ventralsida
• Substantia perforata anterior – område ventralt om basala ganglierna där små kärl penetrerar hjärnan
• Substantia perforata posterior – område vid fossa interpeduncularis där perforerande kärl passerar
• Colliculus superior – del av tectum, mesencephalon; visuella reflexer och ögonrörelser
• Colliculus inferior – del av tectum, mesencephalon; relästation i hörselbanan
• Locus coeruleus – noradrenerg kärna i pons, huvudkälla till noradrenalin i CNS
• Nucleus raphes dorsalis – serotonerg kärna i hjärnstammen, huvudkälla till serotonin i CNS
• Nucleus ruber – röd kärna i mesencephalon, del av rubrospinala banan och motorisk koordination
• Substantia grisea centralis – (periakveduktal grå substans) central i smärtmodulering och försvarsbeteende
• Area tegmentalis ventralis – dopaminerg kärna i mesencephalon, central i belöningssystemet
• Substantia Nigra – dopaminproducerande kärna i mesencephalon, central i basala gangliernas kretsar och Parkinsons sjukdom

Tenta-fokus

Var noga med lokalisation av kranialnervskärnor och långa banor i hjärnstammen (mesencephalon/pons/medulla) - klassiska “korsade” syndrom (t.ex. Wallenbergs syndrom vid PICA-infarkt) bygger på denna anatomi.

Cerebellum

• Cerebellum (lillhjärnan) – koordinerar rörelser, balans och motoriskt lärande via återkoppling till motorcortex och hjärnstam
• Hemispherium cerebelli – cerebellums lateralt belägna hemisfärer, involverade i finmotorik i extremiteterna
• Vermis – cerebellums mittlinjestruktur, kontrollerar axial balans och gång
• Flocculus – del av vestibulocerebellum, koordinerar ögonrörelser och vestibulo-okulär reflex
• Nodulus – del av vestibulocerebellum, involverad i balans
• Tonsilla cerebelli – del av cerebellum nära foramen magnum, kan herniera vid tryckökning
• Lobus cerebelli anterior – del av spinocerebellum, tar emot proprioceptiv information
• Lobus cerebelli posterior – huvuddelen av cerebrocerebellum, samspelar med motorcortex
• Fissura prima – fåra som skiljer lobus anterior och posterior i cerebellum
• Pedunculus cerebellaris superior – huvudsakligen utgående banor från cerebellum till thalamus/röda kärnan
• Pedunculus cerebellaris medius – största pedunkeln, ingående fibrer från pons (kortikopontocerebellära banan)
• Pedunculus cerebellaris inferior – in- och utgående fibrer mellan cerebellum och medulla/ryggmärg
• Nucleus dentatus – störst av cerebellums djupa kärnor, projicerar via pedunculus superior

Cerebrums lober, gyri och sulci

• Cortex (hjärnbark) – cerebrums yttre gråsubstanslager, organiserad i sex cellskikt (neocortex)
• Cerebrums lober – frontal-, parietal-, temporal-, occipital-, insulär- och limbisk lob
• Lobus frontalis – främre loben, motorik, exekutiva funktioner och personlighet
• Lobus parietalis – bearbetar somatosensorik, rumsuppfattning och sensorisk integration
• Lobus temporalis – hörsel, språkförståelse, minne (via hippocampus) och delar av visuell bearbetning
• Lobus occipitalis – primär syncortex och visuell bearbetning
• Lobus insularis – (insula) viscerosensorik, smak, interoception och emotionell bearbetning
• Lobus limbicus – cortex kring corpus callosum (cingulum, parahippocampala gyrus), del av limbiska systemet
• Insula – cortex djupt i sulcus lateralis, viscerosensorik, smak och interoception
• Operculum – cortexdelar (frontala, parietala, temporala) som täcker insula
• Brodmanns areor – cytoarkitektonisk indelning av cortex i numrerade funktionella områden
• Fissura longitudinalis cerebri – djup fåra som separerar de två cerebrala hemisfärerna
• Incisura preoccipitalis – fåra som avgränsar occipitalloben på hjärnans laterala yta
• Cingulum – vit substans-bana under gyrus cinguli, del av limbiska systemets kretsar
• Gyrus cinguli – kortikal vindling ovanför corpus callosum, del av limbiska systemet
• Uncus – mediala temporallobens spets, kan herniera transtentoriellt vid tryckökning
• Corpus callosum – stora kommissuren som förbinder de två cerebrala hemisfärerna
• Commissura anterior – mindre kommissur som förbinder temporallober och luktstrukturer
• Commissura posterior – kommissur nära epithalamus, del av pupillreflexbanan
• Septum pellucidum – tunn membran mellan sidoventriklarna, mellan fornix och corpus callosum
• Fornix – vit substans-bana som förbinder hippocampus med hypothalamus (corpus mamillare)
• Gyrus dentatus – del av hippocampusformationen, plats för neurogenes i vuxen hjärna
• Gyrus parahippocampalis – kortikal vindling runt hippocampus, involverad i minneskonsolidering
• Cortex piriformis – primär olfaktorisk cortex
• Bulbus olfactorius – första relästationen för luktinformation
• Corona radiata (vit substans) – fläkt av projektionsfibrer mellan cortex och capsula interna
• Centrum semiovale – subkortikal vit substans ovanför capsula interna och ventriklarna
• Capsula interna – vit substans-bana mellan thalamus/basala ganglierna, samlar kortikofugala/kortikopetala fibrer
• Capsula externa – tunt vit substans-lager mellan putamen och claustrum
• Capsula extrema – vit substans-lager mellan claustrum och insulacortex
• Substantia alba och grisea – principiell indelning av CNS-vävnad i vit (myeliniserade axon) och grå (cellkroppar) substans
• Claustrum – tunt gråsubstanslager mellan insula och putamen, funktion ej fullt klarlagd, kopplas till medvetande
• Telencephalon – storhjärnan; cortex, basala ganglier och limbiska strukturer
• Diencephalon – mellanhjärnan; thalamus, hypothalamus, epithalamus och subthalamus
• Thalamus – central relästation för sensorisk (utom lukt) och motorisk information till cortex
• Epithalamus – innefattar habenula och glandula pinealis (melatoninproduktion)
• Habenula – del av epithalamus, kopplar limbiska systemet till monoaminerga hjärnstamskärnor
• Pulvinar – stor thalamuskärna involverad i visuell uppmärksamhet och integration
• Gyrus frontalis superior – översta frontala vindlingen, del av prefrontal och premotorisk cortex
• Gyrus frontalis medius – mellersta frontala vindlingen
• Gyrus frontalis inferior – nedre frontala vindlingen, innehåller Brocas area i dominant hemisfär
• Gyrus rectus – rak vindling på undersidan av frontalloben, del av orbitofrontal cortex
• Gyrus subcallosus – liten vindling under genu av corpus callosum, del av limbiska systemet
• Gyrus precentralis – innehåller primära motorkortex (Brodmann 4)
• Gyrus postcentralis – innehåller primära somatosensoriska cortex (Brodmann 3,1,2)
• Gyrus supramarginalis – parietal vindling, del av språk- och uppmärksamhetsnätverk
• Gyrus angularis – parietal vindling, kopplad till språk, tal och multimodal integration
• Gyrus temporalis superior – innehåller primära auditiva cortex och Wernickes area i dominant hemisfär
• Gyrus temporalis media – mellersta temporala vindlingen, kopplad till semantisk bearbetning
• Gyrus temporalis inferior – nedre temporala vindlingen, del av ventrala visuella strömmen
• Gyrus fusiformis – undersidans temporo-occipitala vindling, ansikts- och objektigenkänning
• Gyrus lingualis – occipital vindling, del av visuell cortex
• Sulcus centralis – (Rolandiska fåran) skiljer frontal- från parietalloben, gräns motor-/sensoriskt cortex
• Sulcus precentralis – fåra framför gyrus precentralis
• Sulcus postcentralis – fåra bakom gyrus postcentralis
• Sulcus lateralis – (Sylvii fåra) skiljer temporalloben från frontal-/parietalloben
• Sulcus paracentralis – fåra på hjärnans mediala yta nära central lobulus
• Sulcus marginalis – mediala fortsättningen av sulcus cinguli, gränsar till parietalloben
• Sulcus cinguli – fåra ovanför gyrus cinguli på hjärnans mediala yta
• Sulcus calcarinus – mediala occipitala fåran, kantar primära syncortex
• Sulcus parietooccipitalis – gräns mellan parietal- och occipitalloben på mediala ytan
• Sulcus occipitotemporalis – fåra på undersidan mellan occipital- och temporalloben
• Sulcus collateralis – fåra på undersidan av temporalloben, gränsar till parahippocampala gyrus
• Sulcus olfactorius – fåra på undersidan av frontalloben där bulbus olfactorius ligger
• Sulcus intraparietale – fåra i parietalloben, involverad i visuospatial bearbetning
• Praecuneus – mediala parietala cortex, involverad i självreferens och episodiskt minne
• Cuneus – mediala occipitala cortex ovanför sulcus calcarinus, del av visuell bearbetning

Cellulär kommunikation: jonkanaler och elektriska signaler

• Jonkanaler – membranproteiner som möjliggör selektivt jonflöde, grund för elektrisk excitabilitet
• Natriumkanal – spänningsstyrd kanal central för uppstroken av aktionspotentialen
• Kaliumkanal – spänningsstyrd/läckande kanal central för repolarisering och vilomembranpotential
• Kalciumkanal – spänningsstyrd kanal, central för transmittorfrisättning vid synapsen
• Kloridkanal – ligandstyrd kanal (t.ex. GABA-A) central för hämmande signalering
• Vilomembranpotential – cellens membranpotential i vila, bestäms huvudsakligen av kaliums jämviktspotential
• Aktionspotential – snabb, alles-eller-inget depolarisering som förmedlar signaler längs axon
• Längdkonstanten – mått på hur långt en passiv (elektrotonisk) potentialförändring sprids längs ett axon
• Tidskonstanten – mått på hur snabbt membranpotentialen svarar på en strömförändring
• Axon initial segment (axonkägla) – platsen med högst densitet av spänningsstyrda natriumkanaler, där aktionspotentialer initieras

Klinisk pärla

Vilomembranpotentialen bestäms huvudsakligen av kaliums jämviktspotential eftersom vilomembranet har hög permeabilitet för K+. Aktionspotentialens uppstroke drivs istället av snabb natriuminstruktion via spänningsstyrda Na+-kanaler.

Cellulär kommunikation: synapser och neurotransmittorer

• Kemisk synaps – synaps där transmittor frisätts presynaptiskt och binder postsynaptiska receptorer
• Synapsvesikel – lagrar och frisätter neurotransmittor vid den presynaptiska membranen
• SNARE-komplexet och vesikelfusion – proteinkomplex som medierar kalciumberoende fusion av synapsvesiklar med membranet
• Neurotransmittorer - översikt – översikt över klassiska transmittorer, neuropeptider och signalering
• Acetylkolin – transmittor i motoriska ändplattan, autonoma ganglier och CNS (kognition, uppmärksamhet)
• Dopamin – monoamin central i belöning, motorik (nigrostriatala banan) och kognition
• Noradrenalin – monoamin central i vakenhet, uppmärksamhet och sympatisk signalering
• Serotonin – monoamin central i humör, sömn och smärtmodulering
• GABA – huvudsaklig hämmande transmittor i CNS
• GABA-receptorer – GABA-A (ligandstyrd kloridkanal) och GABA-B (metabotrop) receptorer
• Glutamat – huvudsaklig excitatorisk transmittor i CNS
• Glutamatreceptorer – ionotropa (AMPA, NMDA, kainat) och metabotropa glutamatreceptorer
• NMDA-receptor – glutamatreceptor med spänningsberoende magnesiumblock, central i synaptisk plasticitet
• Endocannabinoider – retrograda budbärare som modulerar presynaptisk transmittorfrisättning
• Opioida peptider – endogena ligander (endorfiner, enkefaliner, dynorfiner) till opioidreceptorer
• Katekolaminsyntes – biosyntesväg från tyrosin till dopamin, noradrenalin och adrenalin

Cellulär kommunikation: neuronal utveckling och plasticitet

• Neuronal polaritet och axon guidance – mekanismer för hur neuron utvecklar axon/dendriter och navigerar under utveckling
• Dendritic tiling – process där dendritiska fält från grannceller minimerar överlapp
• Nybildning av synapser – synaptogenes, formering av nya synaptiska kontakter
• Synaptisk plasticitet – synapsers förmåga att förändra styrka, grund för inlärning och minne
• Långtidspotentiering (LTP) – ihållande förstärkning av synaptisk transmission, cellulär modell för minne
• Långtidsdepression (LTD) – ihållande försvagning av synaptisk transmission, motpol till LTP
• Neuronala nätverk (konvergens och lateral inhibering) – principer för hur neuronala kretsar bearbetar och skärper signaler

Glia och stödjeceller

• Astrocyter – gliaceller som reglerar extracellulär jonhomeostas, blodhjärnbarriär och transmittor-återupptag
• Oligodendrocyt – myeliniserar axon i CNS
• Schwannceller – myeliniserar axon i det perifera nervsystemet
• Mikroglia – CNS residenta immunceller, ansvarar för immunövervakning och fagocytos
• Perifer nerv - bindvävslager (epi-, peri- och endoneurium) – bindvävshöljen som organiserar och skyddar perifera nervfibrer
• Centrala nervsystemet – hjärna och ryggmärg
• Perifera nervsystemet – nerver och ganglier utanför CNS, delas i somatiskt och autonomt nervsystem
• Somatiska nervsystemet – viljestyrd motorik och somatosensorisk innervation

Grundläggande farmakologi och receptorlära

• Agonister och antagonister – grundläggande läkemedelsklasser efter effekt på receptorn (full/partiell agonist, kompetitiv/icke-kompetitiv antagonist)
• Receptor-ligand-interaktion (affinitet, efficacy, potens) – grundbegrepp för hur läkemedel binder och aktiverar receptorer
• G-proteinkopplad receptor (GPCR) – stor receptorfamilj som signalerar via G-proteiner och sekundära budbärare
• Alfa-adrenerga receptorer – adrenerga GPCR (alfa-1, alfa-2) med bl.a. kärlkontraherande respektive presynaptiskt hämmande effekt
• Beta-adrenerga receptorer – adrenerga GPCR (beta-1, beta-2, beta-3) med bl.a. kardiostimulerande respektive bronkodilaterande effekt
• Narkosmedel – läkemedel som ger reversibel medvetslöshet, analgesi och muskelrelaxation vid anestesi
• Antiemetika – läkemedel mot illamående/kräkning, verkar bl.a. via area postrema och kemoreceptortriggerzonen

Histologi

• Histologiska färgningsmetoder – tekniker för att visualisera nervvävnadens struktur i mikroskop (t.ex. Nissl, myelinfärgning)

Ytterligare begrepp

• AMPA-receptor – jonotrop glutamatreceptor som medierar snabb excitatorisk synaptisk transmission
• Axon – neuronets utskott som leder aktionspotentialen från cellkroppen till synapsen
• Cerebrum – storhjärnan, cortex och underliggande subkortikala strukturer
• Circle of Willis – (Circulus arteriosus cerebri) arteriell ring vid hjärnbasen som förbinder främre och bakre cirkulationen
• Corpus mamillare – del av hypothalamus, del av Papez krets, viktig för minnesfunktion
• Dendriter – neuronets utskott som tar emot synaptisk input och leder signaler mot cellkroppen
• Edinger-Westphal kärnan – parasympatisk kärna kopplad till N. oculomotorius, styr pupillkonstriktion
• Ganglion – samling av nervcellkroppar utanför CNS
• Hjärna – encephalon; hjärnstam, cerebellum, diencephalon och cerebrum
• Kalium – jon central för vilomembranpotentialen och repolarisering av aktionspotentialen
• Katekolaminer – samlingsnamn för dopamin, noradrenalin och adrenalin, syntetiseras från tyrosin
• Kranialnerver – de tolv nervparen som utgår direkt från hjärnan/hjärnstammen
• Ligand – molekyl (endogen eller läkemedel) som binder till en receptor
• Mesencephalon – midhjärnan, del av hjärnstammen mellan pons och diencephalon
• Myelin – fettrikt hölje kring axon (bildat av oligodendrocyter/Schwannceller) som möjliggör saltatorisk konduktion
• Nervfiber – axon, ofta tillsammans med sitt myelinhölje
• Neuroinflammation – inflammatorisk process i CNS, medierad bl.a. av mikroglia och astrocyter
• Neuronala nätverk – sammankopplade neuron som tillsammans bearbetar och överför information
• Nucleus ambiguus – hjärnstamskärna som ger motoriska fibrer till N. IX, X och XI (svalg/struphuvud)
• Postsynaptiska receptorer – receptorer på den mottagande cellens membran som binder frisatt transmittor
• Purkinjeceller – cerebellums huvudsakliga utgående (hämmande, GABAerga) neuron i barken
• Pyramidceller – huvudsaklig excitatorisk neurontyp i cerebral cortex och hippocampus
• Receptor – protein som binder en ligand och omvandlar signalen till ett cellulärt svar
• Tyrosin – aminosyra, förstadium i katekolaminsyntesen (dopamin, noradrenalin, adrenalin)
• Unipolärt neuron – neurontyp med ett enda utskott, vanlig hos sensoriska (pseudounipolära) neuron
• Fimbria – vit substans-bana på hippocampus laterala sida som fortsätter i fornix