Myelin - Myelin

Myelin
Neuron.svg
Yksinkertaistetun neuronin rakenne PNS: ssä
Neuroni, jossa on oligodendrosyytti ja myeliinivaippa. SVG
Neuroni, jossa on oligodendrosyyttejä ja myeliinivaippa keskushermostossa
Yksityiskohdat
Järjestelmä Hermosto
Tunnisteet
FMA 62977
Anatominen terminologia

Myeliinin on lipidi -rikas (rasva-aine), joka ympäröi hermo solu aksonien (hermoston n "johdot") ja eristää ne ja lisätä nopeutta, jolla sähköimpulsseja (kutsutaan aktiopotentiaalit ) johdetaan pitkin Axon. Myelinoitua aksonia voidaan verrata sähköjohtoon (aksoniin), jonka ympärillä on eristävää materiaalia (myeliini). Toisin kuin sähköjohdon muovipäällyste, myeliini ei kuitenkaan muodosta yhtä pitkää vaippaa aksonin koko pituudelta. Pikemminkin myeliini vaippaa hermon segmentteihin: yleensä jokainen aksoni on koteloitu useilla pitkillä myelinoiduilla osilla, joilla on lyhyitä rakoja Ranvierin solmujen välillä .

Myeliini muodostuu keskushermostossa (keskushermosto; aivot, selkäydin ja näköhermo) glia -soluissa, joita kutsutaan oligodendrosyyteiksi, ja perifeerisessä hermostossa (PNS) glial -soluissa, joita kutsutaan Schwann -soluiksi . CNS: ssä aksonit kuljettavat sähköisiä signaaleja hermosolurungosta toiseen. PNS: ssä aksonit kuljettavat signaaleja lihaksille ja rauhasille tai aistielimiltä, ​​kuten iholta. Jokainen myeliinivaippa muodostuu oligodendrosyytti (CNS) tai Schwann-solu (PNS) -prosessin (raajamainen pidennys solurungosta) samankeskiseen käärimiseen aksonin ympärille . Myeliini vähentää aksonikalvon kapasitanssia . Molekyylitasolla se lisää solmujen välisiä ja solunsisäisten ionien välistä etäisyyttä, mikä vähentää varausten kertymistä. Myeliinivaipan epäjatkuva rakenne johtaa suolaiseen johtumiseen , jolloin toimintapotentiaali "hyppää" yhdestä Ranvierin solmusta, pitkälle myelinoidulle aksonin alueelle, jota kutsutaan internodeksi, ennen "lataamista" Ranvierin seuraavassa solmussa ja niin edelleen päällä, kunnes se saavuttaa aksoniliittimen . Ranvierin solmut ovat aksonin lyhyet (n. 1 mikronin ) myelinoimattomat alueet vierekkäisten pitkien (n. 0,2 mm -> 1 mm) myelinoitujen solmujen välissä. Kun se saavuttaa aksoniterminaalin, tämä sähköinen signaali provosoi kemiallisen viestin tai välittäjäaineen vapautumisen, joka sitoutuu viereisen post-synaptisen solun (esim. Keskushermoston hermosolun tai PNS-lihassolun) reseptoreihin erikoisalueilla, joita kutsutaan synapsiksi .

Tämä myeliinin "eristävä" rooli on välttämätön normaaleille motorisille toiminnoille (eli liikkeille, kuten kävelylle), aistitoiminnoille (esim. Kipu, kuulo, näkeminen tai tunteminen) ja kognitioon (esim. Tiedon hankkiminen ja muistaminen), kuten seuraukset osoittavat siihen vaikuttavia häiriöitä, kuten geneettisesti määritetyt leukodystrofiat ; hankittu tulehduksellinen demyelinoiva häiriö , multippeliskleroosi ; ja tulehdukselliset demyelinoivat perifeeriset neuropatiat . Suuren esiintyvyytensä vuoksi multippeliskleroosi, joka vaikuttaa erityisesti keskushermostoon (aivot, selkäydin ja näköhermo), on tunnetuin myeliinin häiriö.

Kehitys

Pääartikkeli: Myelinogeneesi
Lisätietoja: Kriittinen ajanjakso § Myelin

Prosessi, jossa muodostetaan myeliinin kutsutaan myelinaation tai myelinogenesis . Keskushermostossa oligodendrosyyttien esisolut (OPC) eriytyvät kypsiksi oligodendrosyyteiksi, jotka muodostavat myeliiniä. Ihmisillä myelinaatio alkaa varhain kolmannen kolmanneksen aikana, vaikka vain vähän myeliiniä on läsnä joko keskushermostossa tai PNS: ssä syntymähetkellä. Imeväisinä myelinaatio etenee nopeasti, ja aksonit lisäävät myeliinivaippaa. Tämä vastaa kognitiivisten ja motoristen taitojen kehitystä, mukaan lukien kielen ymmärtäminen, puheen saaminen, indeksointi ja kävely. Myelinaatio jatkuu murrosiässä ja varhaisikään asti, ja vaikka tällä hetkellä se on pääosin valmis, myeliinituppeja voidaan lisätä harmaan aineen alueille, kuten aivokuoreen , koko elämän ajan.

Lajien jakautuminen

Myeliiniä pidetään leuan selkärankaisten ( gnatostomien ) määrittelevänä ominaisuutena , vaikka aksoneja ympäröi selkärangattomien solutyyppi, nimeltään gliasolut. Nämä gliokääreet ovat aivan erilaisia ​​kuin selkärankaisten kompakti myeliini, joka muodostuu, kuten edellä on osoitettu, kääntämällä myelinoivan soluprosessin samankeskisesti useita kertoja aksonin ympäri. Rudolf Virchow kuvasi myeliiniä ensimmäisen kerran vuonna 1854 , vaikka yli sata vuotta myöhemmin, elektronimikroskopian kehityksen jälkeen, sen gliasolujen alkuperä ja sen ultrastruktuuri ilmenivät.

Selkärankaisilla kaikki aksonit eivät ole myelinoituja. Esimerkiksi PNS: ssä suuri osa aksoneista on myelinoimattomia. Sen sijaan ne on suojattu ei-myelinoivilla Schwann-soluilla, jotka tunnetaan nimellä Remak SC ja järjestetty Remak-nippuihin . CNS: ssä myelinoimattomat aksonit (tai ajoittain myelinoidut aksonit, eli aksonit, joilla on pitkät ei-myelinoidut alueet myelinoitujen segmenttien välillä) sekoittuvat myelinoituihin akseleihin ja kietoutuvat ainakin osittain toisen tyyppisten gliaalisten solujen , astrosyyttien, prosessien läpi .

Sävellys

Lähetyselektronimikroskooppi poikkileikkauksesta myelinoidusta PNS-aksonista, joka on luotu elektronimikroskopialaitoksessa Trinity Collegessa , Hartford, Connecticut
Kaavio myelinoidusta aksonista poikkileikkauksessa

CNS -myeliini eroaa koostumukseltaan ja kokoonpanoltaan hieman PNS -myeliiniltä, ​​mutta molemmat suorittavat saman "eristävän" toiminnon (katso edellä). Koska myeliini on runsaasti lipidejä, se näyttää valkoiselta, joten nimi on annettu keskushermoston " valkoiselle aineelle ". Sekä keskushermoston valkoisen aineen alueet (esim. Näköhermo , kortikospinaalinen kanava ja corpus callosum ) että PNS -hermot (esim. Iskiashermo ja kuulohermo , jotka näyttävät myös valkoisilta) sisältävät kumpikin tuhansista miljooniin aksoneja, jotka ovat suurelta osin rinnakkain. Verisuonet tarjoavat reitin hapen ja energia -alustoille, kuten glukoosille, päästäkseen näihin kuitukanaviin, jotka sisältävät myös muita solutyyppejä, mukaan lukien astrosyytit ja mikrogliat keskushermostossa ja makrofagit PNS: ssä.

Kokonaismassassa myeliini sisältää noin 40% vettä; kuiva massa sisältää 60-75% lipidejä ja 15-25% proteiineja . Proteiinipitoisuus sisältää myeliinin perusproteiinia (MBP), jota on runsaasti keskushermostossa, jossa sillä on kriittinen, ei-redundantti rooli kompaktin myeliinin muodostumisessa; myeliinioligodendrosyyttien glykoproteiini (MOG), joka on spesifinen keskushermostolle; ja proteolipidiproteiini (PLP), joka on yleisin keskushermoston myeliinin proteiini, mutta vain pieni osa PNS -myeliiniä. PNS: ssä myeliiniproteiinilla nolla (MPZ tai P0) on samanlainen rooli kuin keskushermoston PLP: llä, koska se osallistuu myeliinivaipan muodostavien gliasolukalvon useiden samankeskisten kerrosten pitämiseen yhdessä. Myeliinin ensisijainen lipidi on glykolipidi nimeltä galaktokerebrosidi . Sfingomyeliinin kietoutuvat hiilivetyketjut vahvistavat myeliinivaippaa. Kolesteroli on myeliinin olennainen lipidikomponentti, jota ilman myeliini ei muodostu.

Toiminto

Pääartikkeli: Suolattu johtaminen
Aktiivisen potentiaalin eteneminen myelinoiduissa neuroneissa on nopeampaa kuin myelinoimattomissa neuroneissa suolaisen johtumisen vuoksi .

Myeliinin päätarkoitus on lisätä nopeutta, jolla sähköiset impulssit etenevät myelinoitua kuitua pitkin. Myelinoimattomissa kuiduissa sähköiset impulssit ( toimintapotentiaalit ) kulkevat jatkuvina aaltoina, mutta myelinoiduissa kuiduissa ne "hyppäävät" tai etenevät suolapitoisella johtumisella . Jälkimmäinen on selvästi nopeampi kuin edellinen, ainakin aksoneilla, jotka ovat yli tietyn halkaisijan. Myeliini vähentää kapasitanssia ja lisää sähkövastusta aksonikalvon poikki ( aksolemma ). On ehdotettu, että myeliini sallii suuremman kehon koon ylläpitämällä ketterää kommunikaatiota etäisten ruumiinosien välillä.

Myelinoiduista kuiduista puuttuvat jänniteohjatut natriumkanavat myelinoitujen solmukohtien varrella, mikä paljastaa ne vain Ranvierin solmuissa . Täällä niitä on runsaasti ja tiheästi pakattu. Positiivisesti varautuneita natrium- ionit voivat tulla Axon näiden jännite-ionikanavia, jotka johtavat depolarisaation kalvon potentiaali solmun Ranvier. Kalvon lepopotentiaaliin sitten nopeasti palautettua koska positiivisesti varautuneet kaliumioneja poistuva Axon kautta kaliumkanavien . Natrium -ioneja sisällä Axon sitten diffundoitua nopeasti läpi axoplasm (aksonien sytoplasma ), viereiseen myelinated solmuväli ja lopulta seuraavaan ( distaalinen ) solmu Ranvier, liipaisu avaaminen jänniteohjattujen natriumkanavien ja merkintä natriumionien tässä sivusto. Vaikka natriumionit diffundoituvat aksoplasman läpi nopeasti, diffuusio on luonteeltaan vähenevää, joten Ranvierin solmut on sijoitettava (suhteellisen) lähekkäin toimintapotentiaalin leviämisen varmistamiseksi. Aktiopotentiaali "latautuu" Ranvierin peräkkäisissä solmuissa, kun aksolemmaalinen kalvopotentiaali depolarisoituu noin +35 mV: iin. Energiariippuvaiset natrium/kalium-pumput pumppaavat myelinoitua sisäosaa pitkin natriumionit takaisin aksonista ja kaliumionit takaisin aksoniin palauttaakseen tasapainon solunsisäisen (solun sisällä, eli tässä tapauksessa aksonin) ja solunulkoisen välillä (ilman solua) nesteitä.

Vaikka myeliinin rooli "aksonaalisena eristeenä" on vakiintunut, muut myelinoivien solujen toiminnot ovat vähemmän tunnettuja tai vasta äskettäin perustettuja. Myelinoiva solu "veistää" taustalla olevan aksonin edistämällä neurofilamenttien fosforylaatiota ja siten lisäämällä aksonin halkaisijaa tai paksuutta interodaalisilla alueilla; auttaa klusterimolekyylejä aksolemmassa (kuten jänniteohjattuja natriumkanavia) Ranvierin solmussa; ja moduloi sytoskeletaalisten rakenteiden ja organellien , kuten mitokondrioiden , kuljetusta aksonia pitkin. Vuonna 2012 tuli näyttöä myelinoivan solun roolin tukemisesta aksonin "ruokinnassa". Toisin sanoen myelinoiviin solu näyttää toimivan paikallisena "tankkausasema" varten Axon, joka käyttää paljon energiaa palauttaa normaalin tasapainon ionien sen ja sen ympäristö, seuraavan sukupolven aktiopotentiaalien .

Kun perifeerinen kuitu katkaistaan, myeliinivaippa muodostaa radan, jota pitkin uudelleenkasvu voi tapahtua. Myeliinikerros ei kuitenkaan takaa hermokuidun täydellistä uudistumista. Jotkut regeneroidut hermokuidut eivät löydä oikeita lihaskuituja, ja jotkut vaurioituneet perifeerisen hermoston motoriset neuronit kuolevat ilman kasvua. Myeliinivaipan ja hermokuitujen vaurioituminen liittyy usein lisääntyneeseen toiminnalliseen vajaatoimintaan.

Nisäkkään keskushermoston myelinoimattomat kuidut ja myelinoidut aksonit eivät uusiudu.

Lääketieteellinen merkitys

Demyelinaatio

Lisätietoja: Demyelinoiva sairaus

Demyelinaatio on hermoja eristävän myeliinivaipan menetys, ja se on tunnusmerkki joillekin neurodegeneratiivisille autoimmuunisairauksille , mukaan lukien multippeliskleroosi , akuutti disseminoitunut enkefalomyeliitti , neuromyelitis optica , poikittainen myeliitti , krooninen tulehduksellinen demyelinisoiva polyneuropatia , Guillain -Barrén oireyhtymä , keskushermoston myelinoosi , perinnölliset demyelinisoivat sairaudet, kuten leukodystrofia ja Charcot -Marie -Tooth -tauti . Kärsiville anemia voi myös kärsiä hermovaurio, jos ehto ei diagnosoitu nopeasti. Subakuutti yhdistetty selkäydindegeneraatio, joka on toissijainen tuhoisalle anemialle, voi johtaa lievään perifeerisen hermovaurion vakavaan vaurioon keskushermostossa, mikä vaikuttaa puheeseen, tasapainoon ja kognitiiviseen tietoisuuteen. Kun myeliini hajoaa, signaalien johtuminen hermoa pitkin voi heikentyä tai kadota ja hermo lopulta kuihtuu. Vakavampaa myeliinin huononemista kutsutaan Canavanin taudiksi .

Immuunijärjestelmä voi olla rooli demyelinaation tällaisiin sairauksiin liittyviä, mukaan lukien tulehdus aiheuttaa demyelinoituminen ylituotantoa sytokiinien säätelyn kautta ja tuumorinekroositekijän tai interferoni . MRI -näyttö siitä, että dokosaheksaeenihapon DHA -etyyliesteri parantaa myelinaatiota yleistyneissä peroksisomaalisissa häiriöissä.

Oireet

Demyelinaatio johtaa erilaisiin oireisiin, jotka määräytyvät vaikuttavien neuronien toimintojen perusteella. Se häiritsee signaaleja aivojen ja muiden kehon osien välillä; oireet vaihtelevat potilaskohtaisesti, ja niillä on erilaisia ​​esityksiä kliinisen havainnon ja laboratoriotutkimusten perusteella.

Tyypillisiä oireita ovat näön hämärtyminen, joka vaikuttaa vain yhteen silmään, ja siihen voi liittyä kipua silmien liikkeessä, kaksoiskuvat, näön/kuulon menetys, outo tunne jaloissa, käsissä, rinnassa tai kasvoissa, kuten pistely tai tunnottomuus ( neuropatia ), käsivarsien tai jalkojen heikkous, kognitiiviset häiriöt, mukaan lukien puheen heikkeneminen ja muistin menetys, lämpöherkkyys (oireet pahenevat tai ilmaantuvat uudelleen altistuessaan lämmölle, kuten kuumalle suihkulle), kätevyyden menetys, liike- tai tasapainohäiriö, suolen tai virtsaamisen hallinnan vaikeus, väsymys ja tinnitus.

Myeliinin korjaus

Lisätietoja: Remyelination

Tutkimus vaurioituneiden myeliinivaippojen korjaamiseksi on käynnissä. Tekniikoita ovat oligodendrosyyttien prekursorisolujen kirurginen istuttaminen keskushermostoon ja myeliinin korjaamisen indusointi tietyillä vasta -aineilla . Vaikka tulokset hiirillä ovat olleet rohkaisevia ( kantasolusiirron kautta ), ei ole vielä tiedossa, voiko tämä tekniikka korvata myeliinin häviämisen ihmisillä. Kolinergiset hoidot , kuten asetyylikoliiniesteraasin estäjät (AChEI), voivat vaikuttaa myönteisesti myelinaatioon, myeliinin korjaamiseen ja myeliinin eheyteen. Lisääntyvä kolinerginen stimulaatio voi myös vaikuttaa hienovaraisten troofisten vaikutusten kautta aivojen kehitysprosesseihin ja erityisesti oligodendrosyytteihin ja niiden tukemaan elinikäiseen myelinaatioprosessiin. Lisääntyvä oligodendrosyyttien kolinerginen stimulaatio, AChEI : t ja muut kolinergiset hoidot, kuten nikotiini , voivat mahdollisesti edistää myelinaatiota kehityksen aikana ja myeliinin korjaamista vanhemmalla iällä. Glykogeenisyntaasikinaasi 3β: n estäjien, kuten litiumkloridin, on havaittu edistävän myelinaatiota hiirillä, joilla on vaurioituneet kasvojen hermot. Kolesteroli on välttämätön ravintoaine myeliinivaipalle yhdessä B12 -vitamiinin kanssa .

Dysmyelinaatio

Dysmyelinaatiolle on tunnusomaista myeliinivaippojen viallinen rakenne ja toiminta; toisin kuin demyelinaatio, se ei aiheuta vaurioita . Tällaiset vialliset vaipat johtuvat usein geneettisistä mutaatioista, jotka vaikuttavat myeliinin biosynteesiin ja muodostumiseen. Shiverer hiiri on yksi eläinmallissa dysmyelination. Ihmissairauksiin, joihin on liittynyt dysmyelinaatiota, kuuluvat leukodystrofiat ( Pelizaeus – Merzbacherin tauti , Canavanin tauti , fenyyliketonuria ) ja skitsofrenia .

Selkärangattomat myeliini

Toiminnallisesti vastaavia myeliinin kaltaisia tuppeja löytyy useista selkärangattomista taksoneista, mukaan lukien oligochaetes , penaeids , palaemonids ja calanoids . Näillä myeliinin kaltaisilla tuppeilla on useita rakenteellisia piirteitä selkärankaisilla esiintyvien vaippojen kanssa, mukaan lukien lukuisat kalvot, kalvon tiivistyminen ja solmut. Selkärankaisten solmut ovat kuitenkin rengasmaisia; eli ne ympäröivät aksonin. Sitä vastoin selkärangattomien tuppeista löytyvät solmut ovat joko rengasmaisia ​​tai ahtaita; eli ne rajoittuvat "paikkoihin". On huomionarvoista, että nopein tallennettu johtumisnopeus (sekä selkärankaisilla että selkärangattomilla) löytyy Kuruma -katkarapun , selkärangattoman, akseleista , jotka vaihtelevat välillä 90-200 m/s ( vrt. 100–120 m/s nopeimmalle myelinoitu selkärankainen aksoni).

Katso myös

Viitteet

Lue lisää

Ulkoiset linkit