Grunnleggende nevrobiologi

Inndelingen i sentralnervesystemet og det perifere nervesystemet

Nervesystemet deles grovt inn i to deler: det sentralnervesystemet (CNS) og det perifere nervesystemet (PNS). Denne inndelingen er både anatomisk og funksjonell.

Sentralnervesystemet (CNS) består av hjernen og ryggmargen. Dette er kroppens kommandosentral og hovedansvarlig for å tolke sanseinformasjon og koordinere komplekse bevegelser og tankeprosesser. Hjernen er det øverste styringsorganet og står for bevissthet, læring, beslutninger og koordinering av atferd. Ryggmargen forbinder hjernen med resten av kroppen gjennom nervebaner, og har også egne reflekssenter som kan reagere raskt på visse stimuli.

Det perifere nervesystemet (PNS) omfatter alle nervefibre og nerveceller som ligger utenfor sentralnervesystemet. Dette inkluderer både spinalnerver, som går ut fra ryggmargen, og kranialnerver, som springer ut fra hjernen. PNS har to hovedfunksjoner: å overføre sanseinformasjon fra kroppen til CNS (afferente signaler), og å formidle motoriske kommandoer fra CNS ut til muskler og organer (efferente signaler).

PNS deles videre inn i:

• Det somatiske nervesystemet, som styrer viljestyrte bevegelser i skjelettmuskulatur og mottar bevisste sanseinntrykk fra hud, ledd og muskler.
• Det autonome nervesystemet, som regulerer ikke-viljestyrte funksjoner som hjerterytme, fordøyelse og pupillestørrelse. Det autonome systemet har tre komponenter:
  • Det sympatiske systemet, som aktiveres i stress og fare (fight-or-flight).
  • Det parasympatiske systemet, som er aktivt under hvile og fordøyelse (rest-and-digest).
  • Det enteriske nervesystemet, som er et selvstendig nettverk i mage-tarmkanalen med egne reflekser og nevroner.

Grå og hvit substans

I CNS skiller man mellom grå substans og hvit substans. Den grå substansen inneholder hovedsakelig cellekropper til nevroner, dendritter og synapser, og det er her selve informasjonsbehandlingen foregår. Den hvite substansen består for det meste av myeliniserte aksoner som leder signaler mellom ulike deler av nervesystemet. Myelinet gir substansen dens karakteristiske lyse farge.

I hjernen ligger den grå substansen ytterst (i hjernebarken) og danner kjerner dypere inne i hjernen, mens den hvite substansen ligger mellom disse.
I ryggmargen er det motsatt: grå substans ligger sentralt som en H-formet struktur, og hvit substans omgir den.

Nevronets struktur og funksjon

Nevroner er de spesialiserte cellene som utgjør nervesystemets kommunikasjonsenheter. De overfører elektriske og kjemiske signaler med høy presisjon og hastighet, og gjør det mulig for kroppen å registrere sanseinntrykk, utføre bevegelser, lære, huske og tenke. Hvert nevron har samme grunnoppbygning, men strukturene kan variere i størrelse og form avhengig av funksjon og plassering i nervesystemet.

Nevronets hoveddeler

Et typisk nevron består av tre hovedkomponenter:

1. Soma (cellekroppen)

Soma er nevronets metabolsk aktive sentrum. Den inneholder cellekjernen med DNA og står for proteinsyntese og energiproduksjon. Soma inneholder også ribosomer, mitokondrier, endoplasmatisk retikulum og andre organeller som er nødvendige for at cellen skal overleve og fungere. Soma er ofte involvert i integrering av elektriske signaler som kommer inn gjennom dendrittene.

2. Dendritter

Dendritter er forgrenede, trelignende utløpere som strekker seg fra soma og fungerer som signalmottakere. De mottar synaptiske signaler fra andre nevroners aksonterminaler. Overflaten på dendrittene er ofte dekket av dendrittiske spines – små utvekster som øker kontaktflaten for synapser og antas å spille en viktig rolle i læring og hukommelse ved å isolere kjemiske signaler.

3. Aksonet

Aksonet er en lang, tynn utløper som leder elektriske impulser vekk fra cellekroppen. Hvert nevron har som regel ett akson, som kan være opptil en meter langt. Aksonet starter i aksonhalsen (axon hillock), et område der aksjonspotensialet initieres. I enden forgrener aksonet seg i aksonterminaler (terminal boutons), som danner synapser med målcellene – enten andre nevroner, muskler eller kjertler.

Aksonet kan være myelinisert, noe som øker ledningshastigheten dramatisk, eller umylinisert, som gir langsommere signaloverføring. Myelinet er dannet av oligodendrocytter i CNS og Schwann-celler i PNS.

Typer nevroner etter form og funksjon

Nevroner kan klassifiseres på flere måter.
En vanlig anatomisk inndeling skjer ut fra antall utløpere fra soma:

• Unipolare nevroner har én enkelt utløper, som deler seg i en sensorisk og en perifer grein. Typisk for sensoriske nevroner i dorsalrotsganglier.
• Bipolare nevroner har én dendritt og ett akson. Finnes blant annet i netthinnen og lukteepitelet.
• Multipolare nevroner har mange dendritter og ett akson. Dette er den vanligste typen i CNS.

Funksjonsinndeling

Sensoriske nevroner (afferente)

Sensoriske nevroner er kroppens sanseinformasjonsbærere. De fører signaler inn mot sentralnervesystemet (CNS), og dermed kalles de ofte afferente nevroner – der “affere” betyr “å bringe til”.

Disse nevronene starter gjerne i sanseorganer som huden, øynene, ørene eller i kroppens indre organer, og de oppdager ulike typer stimuli som temperatur, trykk, smerte, lys eller kjemiske signaler. De omgjør disse fysiske eller kjemiske påvirkningene til elektriske signaler som sendes via ryggmargen og inn til hjernen. Det er takket være sensoriske nevroner at du kjenner varme, kulde, berøring, smerte – eller at tarmen kan “melde fra” om strekk eller irritasjon.

Motoriske nevroner (efferente)

Motoriske nevroner, også kalt efferente nevroner (der “effere” betyr “å føre bort fra”), leder signaler ut fra sentralnervesystemet og til kroppens effektororganer – det vil si muskler og kjertler. Det er motoriske nevroner som gjør at du kan bevege deg, snakke, trekke pusten, og at hjertet slår og tarmen beveger seg.

De finnes både i det somatiske nervesystemet (viljestyrt bevegelse, som å løfte armen) og i det autonome nervesystemet (ikke-viljestyrt styring av organer, som hjerteslag og fordøyelse).

Når hjernen eller ryggmargen bestemmer at noe skal skje, sendes kommandoen ut gjennom motoriske nevroner. Signalet når for eksempel en muskelcelle, som trekker seg sammen – og handlingen er utført.

Internevroner – bindeleddene i sentralnervesystemet

Internevroner er koblingsnevroner som finnes kun i sentralnervesystemet (hjerne og ryggmarg), med unntak av ENS (det enteriske nervesystemet).
De har ikke kontakt med ytre sanseorganer eller med muskler og kjertler, men fungerer som koblings- og behandlingsstasjoner mellom sensoriske og motoriske nevroner. De mottar signaler fra afferente nevroner, bearbeider og tolker informasjonen, og videresender passende signaler til efferente nevroner.

Det er internevronene som gjør det mulig for kroppen å foreta komplekse vurderinger, huske informasjon, planlegge handlinger, eller utløse reflekser uten at hjernen trenger å kobles inn.

Et klassisk eksempel er patellarrefleksen (kneet-refleksen): Når kneet treffes med en reflekshammer, strekkes senen, og et sensorisk nevron registrerer dette og sender signalet inn til ryggmargen. Der kobles signalet direkte videre via en internevron til et motorisk nevron, som får lårmuskelen til å trekke seg sammen – og foten spretter opp. Alt dette skjer på brøkdelen av et sekund, uten at hjernen trenger å tenke over det.

Samspill mellom de tre typene

Disse tre typene nevroner samarbeider kontinuerlig i nesten alle situasjoner:

1. Sensoriske nevroner oppdager en endring eller et stimulus (for eksempel: du tråkker på noe skarpt).
2. Internevroner i ryggmargen eller hjernen tolker signalet og bestemmer en respons (for eksempel: “dette er smertefullt – trekk foten unna!”).
3. Motoriske nevroner sender beskjed til musklene som beveger foten vekk.

Dette skjer hele tiden, enten bevisst eller ubevisst – og viser hvor effektivt og dynamisk nervesystemet er.

Det enteriske nervesystemet (ENS): et selvstendig nervesystem i tarmen

ENS består av et tett nettverk av nevroner i tarmveggen, fordelt i to hovedpleksus:

• Myenterisk plexus (Auerbachs plexus): styrer primært motilitet
• Submucosalt plexus (Meissners plexus): styrer sekresjon, blodstrøm og absorpsjon

Og her finner vi:

• Sensoriske nevroner (som registrerer f.eks. strekk, pH, kjemiske signaler i tarmen)
• Motoriske nevroner (som aktiverer glatte muskelceller eller sekresjon)
• Internevroner, som kobler de sensoriske og motoriske nevronene lokalt, og som bearbeider informasjon uten å gå via CNS.

Dette gjør at ENS kan fungere selvstendig, uten at hjernen eller ryggmargen trenger å blande seg inn. Derfor kalles det ofte «the second brain».

Signaloverføring i nevronet

Nevroner kommuniserer med både elektriske og kjemiske signaler. Den elektriske impulsen kalles et aksjonspotensial – en rask og kortvarig endring i membranpotensialet som forplanter seg langs aksonet. Når aksjonspotensialet når aksonterminalene, frigjøres nevrotransmittere i synapsen. Disse påvirker målcellens membranpotensial og kan enten føre til aktivering eller hemming.

Aksjonspotensialet dannes gjennom åpning og lukking av spenningsstyrte natrium- og kaliumkanaler, og det hele starter ved aksonhalsen, som fungerer som en beslutningssone.

Lær mer om Membranpotensial og aksjonspotensial her.

Glia og støtteceller

Mens nevroner er de cellene som genererer og leder elektriske signaler, finnes det et minst like tallrikt cellekompleks i nervesystemet: gliacellene. De ble lenge sett på som passivt «lim» (derav navnet glia, gresk for «lim») som bare fylte mellomrommet mellom nevroner. I dag vet vi at glia har en aktiv og nødvendig rolle i både utvikling, vedlikehold og funksjon av nervesystemet.

Glia deles ofte inn etter funksjon og hvor de finnes: sentralt (CNS) eller perifert (PNS). Her går vi gjennom de viktigste glia-cellene én for én.

Satellittceller (PNS)

Satellittceller er en type gliacelle som finnes rundt nevronenes cellekropper i ganglier i det perifere nervesystemet – både i spinalganglier og autonome ganglier. De ligger som et lag med flate celler tett inntil nervecellens soma, omtrent som en kapsel.

Selv om de er mindre omtalt enn Schwann-cellene, har de viktige funksjoner:

• De regulerer det kjemiske miljøet rundt nervecellens soma – særlig ionekonsentrasjon og nevrotransmitternivåer.
• De gir mekanisk og metabolsk støtte til cellekroppene, og fungerer dermed litt som astrocytter i CNS.
• De spiller en rolle i smerte og inflammasjon, særlig ved nerveskade, hvor de kan bli reaktive og bidra til kronisk smerte.

Schwann-celler (PNS)

Schwann-celler er funksjonelt tilsvarende oligodendrocytter, men finnes i det perifere nervesystemet.

• De myeliniserer kun ett akson hver, ved å snurre seg rundt det som en rulle.
• Schwann-celler spiller også en viktig rolle i aksonal regenerasjon, altså evnen til å gro tilbake etter skade, noe som er langt bedre i PNS enn i CNS.
• Ikke alle Schwann-celler lager myelin – noen lager ikke-myelinerte bunter for sensoriske fibre, og gir likevel støtte.

Astrocytter (CNS)

Astrocytter er de mest tallrike gliacellene i hjernen. De har stjerneformede utløpere og ligger tett inntil både nevroner og blodårer. Astrocyttenes funksjoner er mange og sentrale:

• De regulerer det ekstracellulære miljøet, blant annet ved å ta opp kaliumioner (K⁺) og neurotransmittere fra synaptiske spalter.
• De opprettholder blod-hjerne-barrieren ved å påvirke tettheten i kapillærveggene.
• De dekker synapser og bidrar til å avgrense signaloverføring mellom nevroner.
• De har også reseptorer for nevrotransmittere, og kan selv sende ut signalmolekyler som påvirker nevronal aktivitet.
• Under utviklingen og ved skade styrer de nevroners migrasjon og reparasjon.

Astrocytter er derfor ikke bare støtteceller – de er aktive deltakere i signalregulering og homeostase.

Oligodendrocytter (CNS)

Oligodendrocytter er glia som danner myelin rundt aksoner i sentralnervesystemet. Myelin er en isolerende membranstruktur som øker ledningshastigheten for elektriske impulser.

Hver oligodendrocytt kan myelinisere flere aksoner (ofte opptil 30), i motsetning til Schwann-cellene i PNS (som kun myeliniserer ett akson hver).

Myelinisering gjør det mulig med saltatorisk ledning, der aksjonspotensialet “hopper” fra node til node (noder av Ranvier). Dette sparer energi og øker effektivitet.

Mikroglia (CNS)

Mikroglia er nervesystemets egne immunceller. De er små, bevegelige og reagerer raskt på skade eller infeksjon.

• De fungerer som fagocytter: de “spiser” døde celler, avfall og fremmedmateriale.
• De er viktige for synaptisk pruning – fjerning av overflødige synapser i utviklingen.
• Mikroglia aktiveres også ved inflammasjon og nevrodegenerative sykdommer, som Alzheimer.

Ependymceller (CNS)

Ependymceller kler innsiden av hjernens ventrikler og sentralkanalen i ryggmargen.

• De er involvert i sirkulasjon av cerebrospinalvæske (CSF), og noen av dem har cilier som driver væsken fremover.
• Under utviklingen bidrar de til stamcellevandring.
• Noen ependymceller inngår i plexus choroideus, som produserer CSF.

Celletype	Lokalisering	Hovedfunksjon
Astrocytt	CNS	Regulerer ekstracellulært miljø, BBB, synapser
Oligodendrocytt	CNS	Myeliniserer aksoner (flere per celle)
Schwann-celle	PNS	Myeliniserer ett akson, støtte og regenerasjon
Mikroglia	CNS	Fagocytose og immunfunksjon
Ependymcelle	CNS	Kler ventrikler, beveger og produserer CSF