ATLAS NEUROANATOMII I NEUROFIZJOLOGII NETTERA

Transkrypt

1

2 ATLAS NEUROANATOMII I NEUROFIZJOLOGII NETTERA WYDANIE 3 David L. Felten M. Kerry O Banion Mary Summo Maida Redakcja wydania polskiego Wojciech Turaj Ilustracje Frank H. Netter Współpraca James A. Perkins Carlos A.G. Machado John A. Craig

3 Tytuł oryginału: Netter s Atlas of Neuroscience Third Edition Autorzy: David L. Felten, MD, PhD; M. Kerry O Banion, MD, PhD; Mary Summo Maida, PhD Ilustracje: Frank H. Netter, MD Współpraca: James A. Perkins, MFA, CMI, FAMI; Carlos A.G. Machado, MD; John A. Craig, MD ELSEVIER Copyright 2016, 2010, 2003 by Elsevier, Inc. All rights reserved. Tłumaczenie niniejszej publikacji zostało podjęte przez wydawnictwo EDRA URBAN & PARTNER na jego własną odpowiedzialność. Lekarze kliniczni oraz prowadzący badania naukowe, oceniając oraz wykorzystując jakiekolwiek opisane tu informacje, metody, związki chemiczne czy eksperymenty, muszą zawsze opierać się na swoim osobistym doświadczeniu i wiedzy. Ze względu na szybko dokonujący się postęp w dziedzinie nauk medycznych należy przede wszystkim zwrócić uwagę na niezależną weryfikację rozpoznania oraz dawkowania leków. W najpełniejszym zakresie dozwolonym przepisami prawa Elsevier, autorzy, redaktorzy ani inne osoby, które przyczyniły się do powstania niniejszej publikacji, nie ponoszą żadnej odpowiedzialności w odniesieniu do jej tłumaczenia ani za jakiekolwiek obrażenia czy zniszczenia dotyczące osób czy mienia związane z wykorzystaniem produktów, zaniedbaniem lub innym niedopatrzeniem ani też wynikające z zastosowania lub działania jakichkolwiek metod, produktów, instrukcji czy koncepcji zawartych w przedstawionym tu materiale. Permission for Netter Art figures may be sought directly from Elsevier s Health Science Licensing Department in Philadelphia, PA: phone , ext. 3276, or (215) ; or H.Licensing@elsevier.com ISBN This edition of Netter s Atlas of Neuroscience, third edition, by David L. Felten, MD, PhD; M. Kerry O Banion, MD, PhD; Mary Summo Maida, PhD is published by arrangement with Elsevier Inc. Książka Netter s Atlas of Neuroscience, wyd. 3, autorzy: David L. Felten, MD, PhD; M. Kerry O Banion, MD, PhD; Mary Summo Maida, została opublikowana przez Elsevier Inc. Wszelkie prawa zastrzeżone, zwłaszcza prawo do przedruku i tłumaczenia na inne języki. Żadna część tej książki nie może być w jakiejkolwiek formie publikowana bez uprzedniej pisemnej zgody Wydawnictwa. Dotyczy to również sporządzania fotokopii i mikrofilmów oraz przenoszenia danych do systemów komputerowych. Ze względu na stały postęp w naukach medycznych, jak również możliwość wystąpienia błędu, prosimy, aby w trakcie podejmowania decyzji lekarskiej uważnie oceniać zamieszczone w książce informacje. Pomoże to zmniejszyć ryzyko wystąpienia błędu lekarskiego. Copyright for the Polish edition by Edra Urban & Partner, Wrocław Redakcja naukowa wydania polskiego: dr hab. n. med. Wojciech Turaj Tłumaczenie z języka angielskiego: dr hab. n. med. Wojciech Turaj W III wydaniu polskim zostały wykorzystane teksty tłumaczone i redagowane przez: prof. dr. hab. n. med. Andrzeja Szczudlika (redakcja naukowa I oraz II wydania polskiego) dr. n. med. Pawła Szermera (tłumaczenie z języka angielskiego wydania I polskiego) dr. n. med. Wojciecha Turaja (tłumaczenie z języka angielskiego wydania II polskiego) Prezes Zarządu: Giorgio Albonetti Dyrektor wydawniczy: lek. med. Edyta Błażejewska Redaktor prowadzący: Dorota Lis-Olszewska Opracowanie skorowidza: lek. med. Anna Świderska-Popczyk ISBN Edra Urban & Partner ul. Kościuszki 29, Wrocław tel.: biuro@edraurban.pl Łamanie i przygotowanie do druku: Paweł Kazimierczyk Druk i oprawa: Opolgraf, Opole

4 Przedmowa xi PRZEDMOWA Podobnie jak w pierwszym i drugim wydaniu, Atlas neuroanatomii i neurofizjologii Nettera łączy całe bogactwo pięknych ilustracji dr. Franka Nettera z najistotniejszymi informacjami na temat wielu obszarów i układów mózgu, rdzenia kręgowego i obwodowego układu nerwowego. Oprócz oryginalnych rycin Nettera zamieszczono również dodatkowe znakomite ilustracje stworzone przez Jima Perkinsa i Johna Craiga. Pierwsze wydanie zawierało ilustracje przekrojów przez rdzeń kręgowy i pień mózgu w płaszczyznach poprzecznej i czołowej. W drugim wydaniu zamieszczono również te ilustracje, ale dołączono kilka dodatkowych rycin i bardzo wiele nowych obrazów wykorzystujących metody tomografii komputerowej, rezonansu magnetycznego (obrazy T1- i T2-zależne), tomografii emisji pozytonów, czynnościowego rezonansu magnetycznego, a także obrazowania tensora dyfuzji, które dostarcza rzekomobarwnych obrazów ośrodkowych dróg aksonów spoidłowych, kojarzeniowych i projekcyjnych. Dołączono pełnowymiarowe obrazy rezonansu magnetycznego, które zestawiono bezpośrednio z wykonanymi przez dr. Johna Craiga ilustracjami przekrojów rdzenia kręgowego w płaszczyznach poprzecznej i czołowej. Dołączono ponad 200 komentarzy klinicznych, w których przedstawiono zwięzłe omówienia czynnościowego znaczenia kluczowych zagadnień. Komentarze te mają pomóc czytelnikowi w powiązaniu anatomii i fizjologii przedstawionej na rycinie z istotnymi odnoszącymi się do nich kwestiami klinicznymi. W trzecim wydaniu wprowadzono wiele zmian. Przeorganizowano i wprowadzono poprawki do rozdziału 1 (Neurony i ich właściwości). Dołączono około 15 nowych rycin dotyczących zagadnień molekularnych i komórkowych, w tym astrocytów, mikrogleju, oligodendrocytów, transportu aksonalnego, czynników wzrostowych i troficznych, czynników transkrypcyjnych, biologii nerwowych komórek macierzystych i innych. W całym atlasie zamieszczono prawie 50 nowych rycin. Wiele z nich odzwierciedla niezwykłą zdolność Jima Perkinsa do przedstawiania zagadnień molekularnych i komórkowych w klarownej i pięknej formie. Dołączyliśmy histologiczne przekroje rdzenia kręgowego i pnia mózgu dopasowane do wcześniejszych ilustracji. Dodaliśmy również przekroje pnia mózgu obrazujące główne zespoły naczyniowe rdzenia przedłużonego, mostu i śródmózgowia. Aby ułatwić zrozumienie ilustracji, do wielu rycin dołączono nowe mikrofotografie. Trzecie wydanie atlasu zachowuje organizację wydań poprzednich (część I: Ogólna budowa układu nerwowego; część II: Neuroanatomia szczegółowa; część III: Neuroanatomia układów czynnościowych). Dodatkowo te trzy części są podzielone na rozdziały w celu łatwiejszego dotarcia do prezentowanych informacji. Do rycin dołączono zwięzłe opisy wskazujące najważniejsze czynnościowe aspekty każdej ilustracji, szczególnie te powiązane z problemami, które może napotkać lekarz w ocenie pacjenta z objawami neurologicznymi. Uważamy za istotne, aby w Atlasie neuroanatomii i neurofizjologii Nettera kluczowym elementem przekazywania wiedzy były ilustracje, a nie długie podpisy, będące same w sobie podręcznikiem. Podpisy pod rycinami połączone ze znakomitymi ilustracjami i komentarzami klinicznymi dostarczają dodatkowych treści pomocnych w zrozumieniu podstawowych elementów, organizacji i aspektów czynnościowych omawianego obszaru lub układu. Atlas neuroanatomii i neurofizjologii Nettera przedstawia szczegółowy obraz całego układu nerwowego, w tym nerwy obwodowe i ich tkanki docelowe, ośrodkowy układ nerwowy, układ komorowy, opony, unaczynienie mózgowia, neuroanatomię rozwojową i regulację neuroendokrynną. Przedstawiliśmy dużo (ale nie nazbyt dużo) xi

5 xii Przedmowa szczegółów i opisów, tak aby czytelnik mógł zrozumieć podstawy neurobiologii człowieka, w tym informacje przedstawiane zwykle na kursach nauk o układzie nerwowym, a także elementy dotyczące układu nerwowego przedstawiane podczas kursów anatomii i fizjologii na uczelniach medycznych. Żyjemy w epoce szybkich zmian w opiece zdrowotnej i szybko rozwijającej się i zmieniającej się wiedzy we wszystkich dziedzinach medycyny, szczególnie zaś w zakresie biologii molekularnej. Uczelnie medyczne odczuwają presję, aby do programów kształcenia dodawać nowe przedmioty, niezwiązane z naukami podstawowymi. Istnieje niebezpieczna tendencja do wskazywania na zaawansowane technologicznie badania laboratoryjne i obrazowe jako substytuty rzeczywistych fundamentów praktyki lekarskiej wywiadu lekarskiego i badania przedmiotowego. Wiele programów kształcenia odchudza się, aby zmniejszyć intensywność kształcenia, aby uwzględnić nauczanie oparte na problemie i ćwiczenia w małych grupach jako metody zastępujące wykłady (co popieramy) wszystko po to, aby przyspieszyć moment rozpoczęcia zbierania przez studentów doświadczenia klinicznego. W dłuższej perspektywie większość dodatkowych informacji jest upychana w programie nauczania uczelni medycznej w miejsce nauk podstawowych, szczególnie anatomii, fizjologii, histologii i embriologii. Uważamy jednak, że istnieje fundamentalna wiedza, którą musi posiadać każdy lekarz. Nie wystarczy, aby student medycyny poznał 3 z 12 nerwów czaszkowych, ich znaczenie czynnościowe i kliniczne jako reprezentatywne przykłady w celu skrócenia kursu nauk podstawowych. Chociaż studenci medycyny zawsze garną się do zajęć z pacjentami, muszą posiąść podstawową wiedzę, aby mieć choć minimalne kompetencje, szczególnie jeżeli w opiece nad chorymi chcą wykorzystywać praktykę opartą na danych naukowych, a nie wyuczone na pamięć reguły. UKŁAD ATLASU NEUROANATOMII I NEUROFIZJOLOGII NETTERA Część dotycząca ogólnej budowy układu nerwowego przedstawia podstawowe składowe i organizację układu nerwowego z lotu ptaka ; stanowi niezbędną podstawę zrozumienia anatomii szczegółowej i anatomii układów czynnościowych. Ogólna budowa układu nerwowego zawiera rozdziały dotyczące neuronów i ich właściwości, wprowadzenie do budowy przodomózgowia, pnia mózgu i móżdżku, rdzenia kręgowego, opon, układu komorowego, unaczynienia mózgowia i neuroanatomii rozwojowej. Część poświęcona neuroanatomii szczegółowej przedstawia strukturalne elementy obwodowego układu nerwowego, a także rdzeń kręgowy, pień mózgu i móżdżek oraz przodomózgowie (międzymózgowie i kresomózgowie). Rozpoczynamy od części obwodowej i przemieszczamy się dogłowowo. Rozdziały dotyczące obwodowego układu nerwowego zawierają szczegółowe informacje o unerwieniu somatycznym i autonomicznym poprzez nerwy obwodowe. Nie zostawiamy czytelnika na granicy ośrodkowego i obwodowego układu nerwowego z nadzieją, że szczegóły dotyczące obwodowego układu nerwowego pozna na ogólnym kursie anatomii. Poznanie szczegółowej anatomii tych elementów jest niezbędne do rozpoznania i zrozumienia następstw rozmaitych uszkodzeń, których zlokalizowanie zależy od wiedzy na temat anatomii szczegółowej; dotyczy to udarów mózgu, miejscowych następstw obecności guzów, urazów, swoistych uszkodzeń demielinizacyjnych, zmian zapalnych i wielu innych zaburzeń. W części tej przedstawiono wiele klinicznych korelacji, które pomogą czytelnikowi w integrowaniu wiedzy na temat zakresów unaczynienia z następstwami zawałów (np. zespołami pniowymi), co wymaga szczegółowej wiedzy na temat anatomii pnia mózgu i stosunków topograficznych. Część poświęcona neuroanatomii układów czynnościowych przedstawia układy czuciowe, ruchowe (w tym móżdżek i jądra podstawne z zaznaczeniem, że poza ruchem są one zaangażowane w wiele innych obszarów aktywności), układy autonomiczno- -podwzgórzowo-limbiczne (w tym neuroendokrynne) oraz wyższe czynności korowe. W obrębie tej części podzieliliśmy w miarę możliwości każdy układ czuciowy kolejno na kanały odruchowe, móżdżkowe i wstęgowe, odzwierciedlając ideową organizację układów czuciowych proponowaną przez prof. Nautę. W odniesieniu do układów ruchowych rozpoczynamy od dolnych neuronów ruchowych, a następnie pokazujemy rozmaite układy górnych neuronów ruchowych, móżdżek i jądra podstawne, których istotne wpływy na układ ruchu ostatecznie są wywierane poprzez układy górnych neuronów ruchowych. W odniesieniu do układu autonomiczno-podwzgórzowo-limbicznego rozpoczynamy od organizacji przedzwojowych i zazwojowych włókien autonomicznych, następnie pokazujemy regulacyjny wpływ pnia mózgu i podwzgórza na informację wychodzącą na obwód za pośrednictwem układu autonomicznego, kończąc na regulacji podwzgórza i układu autonomicznego wynikającej z wpływów korowych i układu limbicznego. Neuroanatomia układów czynnościowych stanowi podstawę przeprowadzania i interpretowania badania neurologicznego. Uważamy, że student musi poznać organizację zarówno anatomiczną, jak i czynnościową. Bez tego dwojakiego zrozumienia ocena pacjenta z uszkodzeniem układu nerwowego byłaby niepełna. W dziedzinie tak złożonej jak nauka o układzie nerwowym nabycie solidnej wiedzy i zrozumienie głównych obszarów i hierarchii w obrębie układu nerwowego nie jest po prostu fajną ideą ani luksusem jest koniecznością. Fakt, że podejście to przyniosło tak oszałamiający sukces u naszych studentów w ramach kursu prowadzonego od 15 lat przez autorów pierwszego wydania (David L. Felten, MD, PhD, i Ralph F. Jozefowicz, MD) i przez M. Kerry ego O Baniona, MD, PhD, jest dodatkową korzyścią, ale nie było powodem, dla którego zorganizowaliśmy Atlas w przedstawiony sposób. Głównym celem naszych działań są zawsze kompetencje studentów w zakresie klinicznych nauk o układzie nerwowym i ich znaczenie w sprawowaniu możliwie najlepszej opieki nad pacjentami. Cenimy sobie sukcesy w tym obszarze. Dobrze wykształceni i kompetentni studenci są najwspanialszym możliwym do osiągnięcia owocem naszej pracy. Mamy nadzieję, że nasi studenci będą w stanie docenić zarówno piękno, jak i złożoność układu nerwowego i zostaną zmotywowani do współuczestnictwa w poszerzaniu wiedzy i praktycznych zastosowań odnoszących się do tego największego biologicznego i medycznego wyzwania, które stanowi substrat ludzkich zachowań, naszych najwznioślejszych aspiracji i dążeń. David L. Felten, MD, PhD

6 O autorach ilustracji xiii O AUTORACH ILUSTRACJI FRANK H. NETTER, MD, urodził się w roku 1906 w Nowym Jorku. Studiował sztukę w Art Students League i w National Academy of Design, po czym podjął studia medyczne na Uniwersytecie Nowojorskim, gdzie w roku 1931 otrzymał stopień lekarza. W trakcie studiów medycznych sporządzał szkice, które zwróciły uwagę wykładowców, jak i lekarzy spoza uczelni. Pozwoliło mu to na zdobywanie dodatkowych funduszy przez wykonywanie ilustracji do rozmaitych artykułów naukowych i podręczników. Pracę ilustratora traktował też Netter jako swe dodatkowe zajęcie wówczas, gdy w roku 1933 otworzył prywatną praktykę lekarską. W końcu jednak zdecydował się poświęcić wyłącznie zajęciom artystycznym. Po odbyciu służby wojskowej w armii amerykańskiej, co przypadło na okres II wojny światowej, dr Netter podjął długoletnią współpracę z firmą CIBA Pharmaceutical Company (dziś noszącą nazwę Novartis Pharmaceuticals). Trwająca 45 lat współpraca zaowocowała niezwykłą kolekcją dzieł sztuki medycznej, która dziś jest znana lekarzom i innym profesjonalistom związanym z ochroną zdrowia na całym świecie. W roku 2005 kolekcję Nettera i wszystkie publikacje ukazujące się dotąd pod egidą Icon Learning Systems nabyła firma Elsevier, Inc., która dziś oferuje ponad 50 dzieł opartych na pracach Nettera ( Dzieła dr. Nettera stanowią najdoskonalsze przykłady wykorzystywania ilustracji do nauczania podstaw medycyny. Licząca 13 tomów kolekcja ilustracji medycznych Nettera (Netter Collection of Medical Illustrations), zawierająca większość spośród ponad obrazów stworzonych przez artystę, stała się i wciąż jest jednym z najszerzej znanych dzieł literatury medycznej na świecie. Atlas anatomii człowieka Nettera (Netter Atlas of Human Anatomy), po raz pierwszy wydany w roku 1989, stanowi część wspomnianej kolekcji Nettera. Przełożony już na 16 języków [w tym na język polski przyp. red.] służy studentom medycyny i nauk pokrewnych na całym świecie. Ilustracje Nettera mają nie tylko wielki walor estetyczny, ale także co ważniejsze niosą ważny ładunek intelektualny. Jak sam dr Netter pisał w roku 1949, celem ilustracji jest wyjaśnienie istoty rzeczy. Nawet najpiękniejszy i najdelikatniejszy szkic przedstawia niewielką wartość jako ilustracja medyczna, jeśli nie służy wyjaśnieniu określonego problemu medycznego. Ilustracje Nettera posiadają plan i koncepcję, przedstawiają konkretny punkt widzenia tematu to właśnie nadaje im szczególny wymiar intelektualny. Dr Frank H. Netter, lekarz i artysta, zmarł w roku Na stronie można dowiedzieć się więcej na temat człowieka, którego praca zainspirowała kolekcję Netter Reference. CARLOS MACHADO, MD, został wybrany przez Novartis jako kontynuator dzieła Nettera. Jest głównym artystą, który dostarcza dzieł do kolekcji ilustracji medycznych Nettera. Kardiolog i samouk w dziedzinie ilustracji medycznych, Carlos Machado dokonał precyzyjnych uaktualnień niektórych oryginalnych obrazów Nettera i stworzył samodzielnie wiele własnych ilustracji jako rozszerzenie zbioru Nettera. Fotorealistyczne dzieła dr. Machado i jego wgląd w relację pacjenta z lekarzem wnoszą wiele w jego styl żywy i niezapomniany. Jego zaangażowanie w zbadanie każdego tematu, który maluje, stawia go wśród czołowych współczesnych ilustratorów medycznych. O życiu artysty i jego dziełach można dowiedzieć się więcej na stronie: netterimages.com/artist/machado.htm. xiii

7 xiv O autorach ilustracji JAMES A. PERKINS, CMI, FAMI, jest profesorem ilustracji medycznych w Rochester Institute of Technology (RIT), gdzie prowadzi kursy anatomii, grafiki cyfrowej i wizualizacji naukowej. Jest certyfikowanym ilustratorem medycznym i członkiem Stowarzyszenia Ilustratorów Medycznych. Jako ekspert w wizualizowaniu procesów biologicznych, profesor Perkins zilustrował ponad 40 podręczników medycznych, szczególnie w zakresie patologii, fizjologii i biologii molekularnej. Przez ponad 20 lat był jedynym ilustratorem serii podręczników Robbinsa na temat patologii, publikowanej przez Elsevier, w tym flagowego podręcznika serii: Robbins and Cotran Pathologic Basis of Disease. Od 2001 roku współtworzy kolekcję Nettera, przygotowując większość nowych rycin do Atlasu fizjologii człowieka Nettera, Ilustrowanej farmakologii Nettera, Atlasu neuroanatomii i neurofizjologii Nettera; jest również współautorem wielu innych publikacji. Profesor Perkins otrzymał stopień licencjata w dziedzinie biologii i geologii na Cornell University; studiował również paleontologię kręgowców i anatomię na University of Texas i University of Rochester. Otrzymał stopień magistra sztuk pięknych w dziedzinie ilustracji medycznych na RIT i spędził kilka lat, pracując w wydawnictwach medycznych i wykonując ilustracje na potrzeby postępowań sądowych, a następnie dołączył do wykładowców RIT. Więcej informacji o autorze i jego pracach można znaleźć na stronie:

8 Spis treści xv SPIS TREŚCI CZĘŚĆ I OGÓLNA BUDOWA UKŁADU NERWOWEGO 1 Neurony i ich właściwości... 3 Właściwości anatomiczne i molekularne Właściwości elektryczne Neuroprzekaźnictwo Czaszka i opony Mózg Pień mózgu i móżdżek Rdzeń kręgowy Komory i płyn mózgowo-rdzeniowy Naczynia Układ tętniczy Układ żylny Neuroanatomia rozwojowa CZĘŚĆ II NEUROANATOMIA SZCZEGÓŁOWA 9 Obwodowy układ nerwowy Wprowadzenie i podstawowa organizacja Układ nerwowy somatyczny Autonomiczny układ nerwowy Rdzeń kręgowy Pień mózgu i móżdżek Anatomia pnia mózgu na przekrojach poprzecznych Nerwy czaszkowe i ich jądra Twór siatkowaty Móżdżek Międzymózgowie Kresomózgowie xv

9 xvi Spis treści CZĘŚĆ III NEUROANATOMIA UKŁADÓW CZYNNOŚCIOWYCH 14 Układy czuciowe Układy czucia somatycznego Trójdzielny układ czuciowy Układ czucia smaku Układ słuchowy Układ przedsionkowy Układ wzrokowy Układy ruchowe Dolne neurony ruchowe Górne neurony ruchowe Móżdżek Jądra podstawne Układ autonomiczny, podwzgórzowy i limbiczny Autonomiczny układ nerwowy Podwzgórze i przysadka mózgowa Układ limbiczny Układ węchowy Skorowidz

10 Część I OGÓLNA BUDOWA UKŁADU NERWOWEGO 1. Neurony i ich właściwości Właściwości anatomiczne i molekularne Właściwości elektryczne Neuroprzekaźnictwo 2. Czaszka i opony 3. Mózg 4. Pień mózgu i móżdżek 5. Rdzeń kręgowy 6. Komory i płyn mózgowo-rdzeniowy 7. Naczynia Układ tętniczy Układ żylny 8. Neuroanatomia rozwojowa 1

11 1 NEURONY I ICH WŁAŚCIWOŚCI Właściwości anatomiczne i molekularne 1.1 Budowa neuronu 1.2 Trójwymiarowa struktura neuronów i ich histologia 1.3 Rodzaje synaps 1.4 Rodzaje neuronów 1.5 Rodzaje komórek glejowych 1.6 Biologia astrocytów 1.7 Biologia mikrogleju 1.8 Biologia oligodendrocytu 1.9 Czynniki wzrostu neuronów i czynniki troficzne 1.10 Komórki macierzyste w ośrodkowym układzie nerwowym: mechanizmy wewnątrz- i zewnątrzpochodne 1.11 Leczenie za pomocą komórek macierzystych 1.12 Bariera krew mózg 1.13 Zapalenie w ośrodkowym układzie nerwowym 1.14 Transport aksonalny w ośrodkowym i obwodowym układzie nerwowym 1.15 Mielinizacja aksonów ośrodkowego i obwodowego układu nerwowego 1.16 Procesy mielinizacji i tworzenia osłonek aksonów Właściwości elektryczne 1.17 Potencjał spoczynkowy neuronu 1.18 Neuronalny potencjał błonowy i kanały sodowe 1.19 Potencjały stopniowane neuronu 1.20 Mechanizmy postsynaptycznych potencjałów pobudzających i hamujących 1.21 Potencjały czynnościowe 1.22 Rozprzestrzenianie się potencjału czynnościowego 1.23 Szybkość przewodzenia 1.24 Klasyfikacja obwodowych włókien nerwowych w zależności od ich grubości i szybkości przewodzenia 1.25 Elektromiografia i badania przewodnictwa nerwowego 1.26 Hamowanie presynaptyczne i postsynaptyczne 1.27 Sumowanie przestrzenne i czasowe 1.28 Prawidłowe wzorce wyładowań elektrycznych neuronów korowych oraz początek i szerzenie się wyładowań napadowych 1.29 Elektroencefalografia 1.30 Rodzaje wyładowań elektrycznych w napadach uogólnionych i miejsca działania leków przeciwdrgawkowych 1.31 Potencjały wywołane wzrokowe i słuchowe Neuroprzekaźnictwo 1.32 Morfologia synaps 1.33 Mechanizmy sygnalizacji molekularnej w neuronach 1.34 Uwalnianie neuroprzekaźnika 1.35 Synteza, uwalnianie i sygnalizacja za pomocą mnogich neuroprzekaźników w poszczególnych neuronach 1.36 Transdukcja sygnałów neuronalnych: miejscowa regulacja siły przekaźnictwa synaptycznego w synapsie pobudzającej 1.37 Transdukcja sygnałów neuronalnych: regulacja sygnalizacji jądrowej 1.38 Regulacja neuronów i apoptozy przez glukokortykoidy 1.39 Neuroprzekaźnictwo chemiczne 3

12 4 Ogólna budowa układu nerwowego dendryty kolce (pączki dendrytyczne) siateczka śródplazmatyczna szorstka (substancja Nissla) rybosomy mitochondrium jądro jąderko wzgórek aksonalny akson początkowy segment aksonu neurotubule aparat Golgiego lizosom ciało komórkowe synapsa akso-somatyczna wypustka glejowa (astrocyt) synapsa akso-dendrytyczna WŁAŚCIWOŚCI ANATOMICZNE I MOLEKULARNE 1.1 BUDOWA NEURONU Struktura odzwierciedla czynnościową charakterystykę każdego neuronu. Informacje do neuronów docierają głównie poprzez zakończenia aksonalne na ciele komórkowym i dendrytach. Synapsy te są izolowane i chronione przez wypustki astrocytarne. Dendryty najczęściej tworzą największą część powierzchni neuronu. Niektóre wypustki dendrytów (kolce dendrytyczne) są miejscami, gdzie tworzą się specyficzne synapsy akso-dendrytyczne. Każdy rodzaj neuronów posiada charakterystyczny układ dendrytów (drzewo dendrytyczne, arboryzacje). Średnica ciał komórkowych neuronów mieści się w zakresie od kilku do ponad 100 μm. Cytoplazma neuronów zawiera rozbudowaną siateczkę endoplazmatyczną szorstką, co odzwierciedla intensywne wytwarzanie białek niezbędnych do utrzymania neuronu i jego wypustek. Aparat Golgiego bierze udział w pakowaniu cząsteczek przekaźnikowych, poprzedzającym ich transport i uwalnianie. Aby sprostać ogromnemu zapotrzebowaniu energetycznemu neuronów, zwłaszcza utrzymaniu pomp jonowych i potencjałów błonowych, potrzebna jest duża liczba mitochondriów. Każdy neuron posiada pojedynczy akson (tylko wyjątkowo może go nie mieć), który zwykle wyłania się z ciała komórkowego, a niekiedy z dendrytu (np. w niektórych neuronach części CA hipokampa). Ciało komórkowe przechodzi w akson poprzez wzgórek aksonalny, a początkowy odcinek aksonu zawierający kanały Na + jest pierwszym miejscem, gdzie powstają potencjały czynnościowe aksonu. Akson sięga od ciała komórkowego na różną odległość (do 1 metra lub więcej). Aksony o średnicy większej niż 1 2 μm są izolowane przez osłonkę mielinową, którą tworzy glej skąpowypustkowy w ośrodkowym układzie nerwowym lub komórki Schwanna w obwodowym układzie nerwowym. Akson może się rozgałęziać na ponad zakończeń aksonalnych i dochodzić do precyzyjnie zlokalizowanych i ograniczonych obszarów (np. projekcje somatosensoryczne dla precyzyjnego czucia dotyku) albo do wielu odrębnych obszarów mózgu (np. aksonalne projekcje noradrenergiczne miejsca sinawego). Aksony makroneuronów (neurony Golgiego typu I) mają zakończenia daleko od ciała komórkowego i drzewa dendrytycznego. Aksony mikroneuronów (neurony Golgiego typu II, neurony lokalnych obwodów neuronalnych lub neurony wstawkowe) kończą się w pobliżu ciała komórkowego i drzewa dendrytycznego. Ponieważ każdy rodzaj neuronu charakteryzuje się określoną specjalizacją, nie istnieje neuron typowy, chociaż do jego zobrazowania często wykorzystuje się komórki piramidowe lub dolne neurony ruchowe. KOMENTARZ KLINICZNY Neurony wymagają wyjątkowo dużych zasobów metabolicznych do podtrzymywania swojej integralności czynnościowej, zwłaszcza związanej z utrzymywaniem potencjałów błonowych niezbędnych do zapoczątkowywania i przenoszenia potencjałów czynnościowych. Neurony muszą wytwarzać adenozynotrifosforan (ATP) w wyniku metabolizmu tlenowego, a ponieważ nie mają praktycznie żadnego zapasu ATP, wymagają stałych dostaw glukozy i tlenu, zwykle w zakresie 15 20% zapotrzebowania całego organizmu, co obrazuje nieproporcjonalność zużywania zasobów. Podczas głodzenia, kiedy dostępność glukozy jest ograniczona, mózg może stopniowo przestawiać się na wykorzystanie β-hydroksymaślanu lub acetooctanu jako źródeł energii dla metabolizmu neuronów; proces ten nie zachodzi jednak natychmiast i nie może w związku z tym wyrównywać zaburzeń w przebiegu epizodów ostrej hipoglikemii. Epizod niedokrwienia trwający nawet 5 minut, będący skutkiem zawału serca lub udaru niedokrwiennego mózgu, może doprowadzić do trwałego uszkodzenia niektórych populacji neuronów, np. komórek piramidowych w obszarze CA1 hipokampa. W przypadku dłuższego niedokrwienia może dojść do śmierci neuronów na rozległych obszarach. Neurony są komórkami postmitotycznymi, dlatego obumarłe neurony nie są zastępowane nowymi; wyjątkiem jest niewielka podpopulacja neuronów wstawkowych. Dodatkową konsekwencją postmitotycznego stanu większości neuronów jest to, że nie są one źródłem powstawania nowotworów. Guzy mózgu wywodzą się głównie z komórek gleju, wyściółki i opon mózgowo-rdzeniowych.

13 Neurony i ich właściwości 5 dendryty akson neurony Purkinjego dendryt akson dendryt A: Dolny neuron ruchowy rdzenia kręgowego. Substancja Nissla (siateczka śródplazmatyczna szorstka) barwi się na purpurowo. Na tle bledszego jądra widoczne jest wybarwione jąderko. Barwienie fioletem krezylu. B: Neurony Purkinjego w móżdżku. Z ciała komórkowego wychodzą duże dendryty. Wyraźnie barwią się wewnątrzneuronalne neurofibryle i stanowiące tło wypustki neuronalne (neuropil). Barwienie srebrem. C: Neuron rdzenia kręgowego. Z ciała komórkowego wychodzi wiele dużych dendrytów, a mniejszy akson wychodzi z dużego neuronu w położeniu na godzinie trzeciej. Barwienie tuszem. D: Neuron tworu siatkowatego. Barwienie wybranych neuronów metalem ciężkim uwidocznia ciała komórkowe i wszystkie wypustki. Barwienie metodą Golgiego. ciała komórkowe neuronów styk istoty białej i szarej E: Róg przedni rdzenia kręgowego. F: Zwój krezkowy górny/trzewny. Ciała neuronów oraz mieszanina aksonów i dendrytów widoczne w neu- z wykorzystaniem fluorescencji Badanie histochemiczne ropilu rogu przedniego. Wyraźnie za- kwasu glioksalowego uwidocznia rysowuje się granica między istotą ciała neuronów noradrenergicznych. szarą i białą. Barwienie metodą Cajala. G: Zwój krezkowy górny/trzewny. Znakowanie immunohistochemiczne wykazujące obecność receptorów interleukiny 2 na tych neuronach. astrocyty H: Zwój krezkowy górny/trzewny. Barwienie histochemiczne na acetylocholinesterazę (AChE) wykazujące obecność tego enzymu, który przekształca acetylocholinę w cholinę i acetylo-koenzym A. miąższ stopka końcowa naczynia I: Neurony zwoju krezkowego górnego/trzewnego wybarwione związkiem FluoroGold, przeniesionym transportem wstecznym z miejsca wstrzyknięcia do tkanki układu odpornościowego unerwionej przez włókna noradrenergiczne ze wspomnianego zwoju noradrenergicznego u szczura. J: Komórki immunologiczne w strefie brzeżnej śledziony. Hybrydyzacja in situ, wykazująca obecność genu kortykoliberyny (CRF) w barwiących się na ciemno komórkach innych niż neurony. CRF jest istotnym czynnikiem uwalniającym, wydzielanym przez neurony do krążenia przysadkowego wrotnego w podwzgórzu. CRF jest również obecny (i wydzielany) przez komórki nieneuronalne w układzie immunologicznym. K: Astrocyty ośrodkowego układu nerwowego z wypustkami wnikającymi do istoty szarej i stopkami końcowymi biegnącymi do powierzchni naczyń krwionośnych ośrodkowego układu nerwowego w ramach bariery krew mózg. Barwienie srebrem. L: Aksony zazwojowych noradrenergicznych neuronów współczulnych unerwiające naczynia i miąższ śledziony (strefa limfocytów T i strefa brzeżna). Znakowanie immunohistochemiczne hydroksylazy tyrozyny, enzymu ograniczającego szybkość reakcji syntezy katecholamin z tyrozyny. osłonki mielinowe przewężenia Ranviera M: Te same aksony noradrenergiczne co w części L. Barwione na noradrenalinę metodą histochemiczną z użyciem fluorescencji kwasu glioksalowego. N: Te same aksony noradrenergiczne co w części M, ale z dodatkiem żelowego tuszu (kolor ciemnoniebieski) w celu uwidocznienia unaczynienia. Tusz żelowy jest również wychwytywany przez makrofagi w strefie brzeżnej. O: Zmielinizowane pęczki w nerwie obwodowym na przekroju poprzecznym. Barwienie kwasem osmowym uwidocznia jedynie aksony zmielinizowane. P: Aksony w nerwie obwodowym widoczne na przekroju podłużnym. Barwienie metodą Oil red O uwidocznia podłużne aksony otoczone osłonkami mielinowymi (obszary jaśniejsze) z wyraźnym przewężeniem osłonki w przewężeniach Ranviera. 1.2 TRÓJWYMIAROWA STRUKTURA NEURONÓW I ICH HISTOLOGIA

14 Neurony i ich właściwości 7 komóka wielobiegunowa (piramidowa) kory ruchowej mózgu zakończenia kojarzeniowe, spoidłowe i wzgórzowe astrocyt wielobiegunowa somatyczna komórka ruchowa jąder nerwów czaszkowych III, IV, V, VI, VII, IX, X, XI, XII wielobiegunowa komórka niższych ośrodków ruchowych oligodendrocyt włókno korowo-rdzeniowe (piramidowe) zakończenie akso-dendrytyczne zakończenie akso-somatyczne zakończenie akso-aksonalne wielobiegunowa somatyczna komórka ruchowa rogu przedniego rdzenia kręgowego substancja Nissla astrocyt odgałęzienie (kolaterala) neuron wstawkowy Renshawa (sprzężenie zwrotne) mięsień prążkowany ruchowa płytka końcowa zmielinizowane somatyczne włókno ruchowe nerwu rdzeniowego osłonka mielinowa ruchowa płytka końcowa z czapeczką z komórki Schwanna mięsień prążkowany (zależny od woli) neurony wstawkowe naczynie krwionośne neuron wstawkowy astrocyt wielobiegunowa trzewna komórka ruchowa (autonomiczna) rdzenia kręgowego autonomiczne przedzwojowe (współczulne lub przywspółczulne) włókno nerwowe osłonka mielinowa autonomiczny zazwojowy neuron zwoju współczulnego lub przywspółczulnego komórki satelitarne niezmielinizowane włókno nerwowe komórki Schwanna zakończenia w mięśniu sercowym lub komórkach węzła koralowate żylakowatości oraz zakończenia w mięśniach gładkich i komórkach gruczołowych dwubiegunowa komórka nerwu czaszkowego VIII jednobiegunowa komórka zwojów czuciowych nerwów czaszkowych V, VII, IX i X komórki satelitarne komórki Schwanna włókna zmielinizowane wolne zakończenia nerwowe (włókna niezmielinizowane) zakończenia z otoczką zakończenia wyspecjalizowane wrzeciono mięśniowe jednobiegunowa komórka czuciowa zwoju korzenia tylnego komórki satelitarne zmielinizowane włókno wstępujące nerwu rdzeniowego osłonka mielinowa Czerwony: neuron ruchowy, przedzwojowy neuron autonomiczny Niebieski: neuron czuciowy Bordowy: neurony OUN Szary: komórki gleju i neurolemy oraz mielina Uwaga: na rysunku nie pokazano komórek móżdżkowych osłonka mielinowa komórki Schwanna włókna niezmielinizowane wolne zakończenia nerwowe zakończenie z otoczką wrzeciono mięśniowe 1.4 RODZAJE NEURONÓW Lokalne neurony wstawkowe i neurony projekcyjne mają charakterystyczną wielkość, drzewo dendrytyczne oraz projekcje aksonalne. W ośrodkowym układzie nerwowym (na rycinie oznaczonym linią przerywaną) komórki glejowe (astrocyty, mikroglej, glej skąpowypustkowy) zapewniają podparcie, ochronę i zaopatrzenie neuronów. W obwodowym układzie nerwowym funkcję tę pełnią komórki Schwanna i komórki satelitarne. Pierwszorzędowe neurony czuciowe (niebieskie) zapewniają przetworzenie dopływającej energii lub bodźców w sygnały elektryczne, przewodzone następnie do ośrodkowego układu nerwowego. Informacje wychodzące z ośrodkowego układu nerwowego (czerwone) mają charakter ruchowy (czerwone) i poprzez złącza nerwowo-mięśniowe docierają do włókien mięśni szkieletowych lub mają charakter autonomiczny przedzwojowy (czerwone) i docierają do zwojów autonomicznych, których neurony zaopatrują mięsień sercowy, mięśnie gładkie, gruczoły wydzielnicze, komórki metaboliczne lub komórki układu odpornościowego. Neurony inne niż pierwszorzędowe neurony czuciowe, dolne neurony ruchowe i przedzwojowe neurony autonomiczne są rozmieszczone w ośrodkowym układzie nerwowym w mózgu (na rycinie górny obszar oznaczony linią przerywaną) lub w rdzeniu kręgowym (na rycinie dolny obszar oznaczony linią przerywaną). Na rysunku nie zachowano skali w przedstawieniu neuronów i komórek glejowych. KOMENTARZ KLINICZNY Forma i konfiguracja neuronów decydują o roli odgrywanej przez różne rodzaje neuronów. Neurony zwojów korzeni tylnych praktycznie nie mają synaps na ciele komórkowym; receptor czucia jest w sposób ciągły połączony z początkowym odcinkiem aksonu w celu umożliwienia bezpośredniej aktywacji początkowego segmentu po odebraniu bodźca progowego. Taka konstrukcja wyklucza praktycznie możliwość odśrodkowej kontroli nad początkowym wstępującym sygnałem czuciowym; kontrola i analiza takiego sygnału następują natomiast w ośrodkowym układzie nerwowym. Komórki Purkinjego w móżdżku mają rozległe płaskie drzewa dendrytyczne, w których aktywacja następuje w setkach równoległych włókien, natomiast podstawową pobudliwość kontrolują włókna pnące. Ten rodzaj macierzy umożliwia sieciową modulację informacji wychodzącej z komórki Purkinjego do górnych neuronów ruchowych; taki mechanizm kontrolny umożliwia precyzyjne i zachodzące w czasie rzeczywistym korygowanie gładkich i skoordynowanych czynności ruchowych. Małe neurony wstawkowe w wielu obszarach wykonują wyspecjalizowane czynności wynikające z lokalnych połączeń, natomiast duże, izodendrytyczne neurony tworu siatkowatego otrzymują informacje z wielu źródeł i o rozmaitym znaczeniu, które są ważne dla ogólnego stanu pobudzenia kory mózgowej i przytomności. Uszkodzenie tych kluczowych neuronów może powodować śpiączkę. Dolne neurony ruchowe i przedzwojowe neurony autonomiczne otrzymują liczne i zbiegające się informacje, które docierają do ich dendrytów i ciał komórkowych, aby zestroić ostateczny wzorzec aktywacji neuronów tworzących wspólną drogę końcową, dzięki której sygnał dociera do obwodowych tkanek efektorowych i dzięki której powstaje każdy rodzaj zachowania.

15 8 Ogólna budowa układu nerwowego komora wyściółka tanycyt mikroglej neuron oligodendrocyt akson astrocyt stopka końcowa astrocyta opona miękka włośniczka pericyt okołonaczyniowy 1.5 RODZAJE KOMÓREK GLEJOWYCH Astrocyty zapewniają izolację strukturalną neuronów i ich synaps oraz sekwestrację jonów (K + ), a także wsparcie odżywcze oraz wsparcie czynności wzrostowych i sygnałowych neuronów. Glej skąpowypustkowy (oligodendrocyty) zapewnia mielinizację aksonów w ośrodkowym układzie nerwowym. Mikroglej to komórki żerne, które uczestniczą w fagocytozie, odpowiedzi zapalnej, wydzielaniu cytokin i czynników wzrostowych oraz niektórych reakcjach odpornościowych w ośrodkowym układzie nerwowym. Komórki okołonaczyniowe działają w podobny sposób w pobliżu naczyń krwionośnych. Komórki Schwanna zapewniają mielinizację, tworzenie osłonki, wsparcie odżywcze oraz działania służące wzrostowi i naprawie neuronów obwodowych. W ramach odpowiedzi odpornościowej aktywowane limfocyty T mogą się dostać do ośrodkowego układu nerwowego i przemieszczać w jego obrębie w ciągu około 24 godzin.

16 Neurony i ich właściwości 9 nienakładające się, wielokątne domeny trójwymiarowe µm przestrzeń w obrębie trójwymiarowych domen wypełniają krzaczaste wypustki Fizjologia astrocyta: Wsparcie metaboliczne neuronów: dostarczanie mleczanów glikogeneza Równowaga jonowa: buforowanie K + równowaga ph Czynniki wzrostowe nerwów Tworzenie blizny glejowej neuron (nie zachowano skali) mleczan K + synapsa izolacja synapsy glutamina Złącza szczelinowe pomiędzy sąsiadującymi astrocytami, tworzące zespólnię komórka śródbłonka Stopki końcowe astrocytów: tworzą osłonkę tętniczek i włośniczek transportują wodę za pośrednictwem akwaporyny 4 uwalniają glioprzekaźniki (glutaminian, ATP, adenozyna itp.) być może regulują tworzenie złącz ścisłych śródbłonka być może regulują rozszerzanie naczyń i przepływ krwi w mózgu stopki końcowe Arteriola komórka mięśniówki gładkiej naczynia równowaga jonowa K + wychwyt zwrotny glutaminianu i GABA Wypustki astrocytów: otaczają i izolują synapsy zapewniają równowagę jonową (buforowanie K + i ph) prowadzą wychwyt zwrotny glutaminianu i GABA z synapsy inaktywują glutaminian do glutaminy i wykorzystują ponownie glutaminę 1.6 BIOLOGIA ASTROCYTÓW Astrocyty są najliczniejszymi komórkami glejowymi w ośrodkowym układzie nerwowym. Powstają z neuroektodermy i są blisko powiązane z wypustkami neuronów, synapsami, naczyniami i błoną opony miękkiej i gleju pokrywającą ośrodkowy układ nerwowy. Astrocyty w istocie szarej nazywane są astrocytami protoplazmatycznymi, a w istocie białej są określane mianem astrocytów włókienkowych. Średnica ciała komórkowego waha się od kilku do ponad 10 µm. Astrocyty są zorganizowane w nienakładające się trójwymiarowe wieloboczne domeny wielkości µm (do 400 µm u człekokształtnych). Pod względem strukturalnym wypustki astrocytów splatają się ze sobą, tworząc zespólnię chroniącą synapsy (nawet do 1 µm od tych struktur). Stopki końcowe astrocytów wiążą się z komórkami śródbłonka naczyniowego i powiązanymi komórkami mięśniówki gładkiej. Wypustki astrocytów wyściełają od wewnątrz całą błonę opony miękkiej. Pod względem fizjologicznym wypustki astrocytów wpływają na równowagę jonową (zatrzymując K + ), transportują wodę za pośrednictwem kanałów akwaporyny 4, wychwytują i przetwarzają glutaminian i GABA, dostarczają metabolicznego wsparcia neuronom i stają się aktywne po uszkodzeniach ośrodkowego układu nerwowego, wyściełając ognisko blizną glejową. Astrocyty mogą również uwalniać czynniki wzrostu i cząsteczki aktywne biologicznie (zwane glioprzekaźnikami), takie jak glutaminian, ATP i adenozyna. W rozwoju osobniczym wyspecjalizowane astrocyty, określane jako glej promienisty, stanowią rusztowanie dla uporządkowanej migracji neuronów w ośrodkowym układzie nerwowym.

17 ATLAS NEUROANATOMII I NEUROFIZJOLOGII NETTERA WYDANIE 3 Nowe trzecie wydanie Atlasu neuroanatomii i neurofizjologii łączy niezwykle precyzyjne dydaktyczne ilustracje dr. Franka Nettera ze zwięzłymi opisami i odniesieniami klinicznymi, zapewniając pożądany efekt wysoce wizualny, kliniczny przewodnik po najważniejszych zagadnieniach z zakresu anatomii i fizjologii układu nerwowego. W aktualnym wydaniu Atlasu: prawie 50 nowych rycin, dotyczących m.in. zagadnień molekularnych układu nerwowego, transportu aksonalnego, czynników wzrostowych, troficznych i transkrypcyjnych oraz biologii nerwowych komórek macierzystych histologiczne przekroje rdzenia kręgowego i pnia mózgu przekroje pnia mózgu obrazujące główne zespoły naczyniowe rdzenia przedłużonego, mostu i śródmózgowia nowe mikrofotografie komentarze kliniczne nawiązujące do zmian anatomicznych i fizjologicznych materiał filmowy on-line Publikacja, w myśl stwierdzenia, że jeden obraz może mieć wartość tysiąca słów, będzie przydatna zarówno studentom podczas nauki i zdobywania umiejętności klinicznych zbierania wywiadu lekarskiego i badania przedmiotowego, jak i lekarzom w opiece nad pacjentami z objawami neurologicznymi. Tytuł oryginału: Netter s Atlas of Neuroscience, 3 rd edition. Publikację wydano na podstawie umowy z Elsevier.