🧠

PBL Fall 2: Nervsystemet

Neuronal kommunikation och saxitoxinförgiftning

💡 Studietips

Läs både PBL-materialet och tentamenssammanfattningarna för bästa förståelse. PBL-fallen ger djupare kontext medan sammanfattningarna fokuserar på tentamensrelevant material.

🏥 Kliniskt fall

Saxitoxinförgiftning

Patient: Person som ätit musslor från algblomningsområde

Anamnes: Domningar i munnen som sprider sig ut i kroppen efter musselkonsumtion

Diagnos: Saxitoxinförgiftning från algblomning

Patofysiologi: Saxitoxin blockerar spänningskänsliga natriumkanaler → dämpning av aktionspotentialens amplitud → andningsförlamning i svåra fall

Relevans: Illustrerar grundläggande neuronal funktion, aktionspotentialer och synaptisk transmission

💡 Studietips: Läs tentamenssammanfattningen varje vecka -Tentamenssammanfattning

🎯 Läringsmål

⚡

Vilopotential och aktionspotential

Membrandomains, jonpumpar och elektrisk signalering

🔗

Synaptisk transmission

Kemiska synapser, neurotransmittorer och signalintegration

🧬

Neuroanatomi

Neurontyper, gliaceller och nervfibrer

💊

Farmakologi och toxikologi

Saxitoxin och andra neuroaktiva substanser

🧠 Nervsystemets grundenheter

📹 Översikt - Nervsystemets funktion

🎯 Soma (Cellkropp)

Cellkärnans kontrollcentrum

Innehåller organeller och kärna
Metabolisk aktivitet och proteinsyntes
Integration av signaler

🌿 Dendriter

Mottar signaler från andra neuroner

Dendritic spines: Synapsfästen
Spatial och temporal summering
"Hot spots" med kalciumkanaler

📡 Axon

Leder aktionspotentialer

Axon hillock: Aktionspotentialens startpunkt
Ranvier-noder: Saltatorisk ledning
Axonterminaler: Transmittorfrisläppning

📹 Neuronens anatomi och funktion

🛡️ Gliaceller - Nervsystemets stöd

CNS Gliaceller

⭐ Astrocyter

Blod-hjärnbarriären

Funktioner:

Förmedlar näring via gap junctions
Upprätthåller blod-hjärnbarriären
Jonhomeostas i extracellulär vätska
Glutamat-återupptagning

🌲 Oligodendrocyter

Myelinering CNS

Funktioner:

Producerar myelin i CNS
En cell kan myelinera flera axon
Skapar Ranvier-noder
Ökar ledningshastighet

💧 Ependymalceller

Likvorproduktion

Funktioner:

Producerar cerebrospinalvätska
Cilier för likvor-circulation
Kläder ventriklarna
Blod-likvor-barriär

🦠 Mikroglia

Immunförsvar

Funktioner:

CNS makrofager
Fagocyterar skadligt material
Immunsurveillance
Neuroinflammation

PNS Gliaceller

🛰️ Satellitceller

Neuronalt stöd

Funktioner:

Omger nervkroppar i ganglier
Strukturellt och metaboliskt stöd
Reglerar mikromiljön
Bidrar med näring

🌀 Schwannceller

Myelinering PNS

Funktioner:

Myelinerar PNS-axon
En cell per internod
Axonell regeneration
Omsluter hela axonet

📹 Gliaceller och deras funktioner

⚡ Myelin och saltatorisk ledning

Ledningsförmåga - fysikaliska principer

🔬 Ohmska lagen för axon

R = ρL/A

R: Resistans (motstånd)
ρ: Resistivitet (material)
L: Längd
A: Tvärsnittsarea (diameter)

📊 Faktorer för snabbare ledning

Tjockare axon: Mindre motstånd
Kortare sträcka: Mindre motstånd
Myelinering: Isolering och saltatorisk ledning

Myelinering och Ranvier-noder

🧠 CNS Myelinering

Oligodendrocyter med flera utskott
En cell myelinerar flera axon
Skapar Ranvier-noder mellan segmenten

🔌 PNS Myelinering

Schwannceller omsluter helt
En cell per axonsegment
Avstånd mellan celler → Ranvier-noder

🦘 Saltatorisk ledning

Myelinet förhindrar aktionspotentialer där det finns isolation. Signalen:

Passiv spridning: Genom cytoplasma under myelin
Regeneration: Vid varje Ranvier-nod med Na+ kanaler
Hastighetsökning: Hoppar mellan noder istället för kontinuerlig depolarisering

📹 Myelinering och saltatorisk ledning

🔋 Vilopotential - Membranens grundtillstånd

Jonfördelning och elektrisk balans

📊 Jonkoncentrationer vid vila

Jon	Innanför cell	Utanför cell	Gradient
K+	140 mM	5 mM	Ut
Na+	15 mM	140 mM	In
Ca²⁺	0.1 mM	1.6 mM	In
Cl⁻	10 mM	125 mM	In

⚖️ Upprätthållande av -70 mV

K+ permeabilitet: Membranet mest permeabelt för K+
Na+/K+ ATPas: 3 Na+ ut ↔ 2 K+ in (förbrukar ATP)
Negativa proteiner: Bidrar till negativ laddning
Elektrokemisk jämvikt: Balans mellan kemisk och elektrisk gradient

🎯 Membrantillstånd

Polariserad (-70 mV)

Normala vilopotential, redo för stimulering

Depolariserad (närmare 0)

Mindre negativ, närmare tröskelvärde

Hyperpolariserad (mer negativ än -70)

Svårare att nå tröskelvärde

⚡ Aktionspotential - Neuronens signal

Allt-eller-inget principen

🎯 Grundprinciper

Tröskelvärde: -45 mV för initiering
Allt-eller-inget: Samma amplitud oberoende stimulusstyrka
Frekvenskodning: Starkare stimuli → högre frekvens
Refraktärperioder: Begränsar maximal frekvens

📈 Faser av aktionspotential

1. Depolarisering

-70 → +40 mV
Na+ kanaler öppnar, Na+ strömmar in

2. Repolarisering

+40 → -70 mV
K+ kanaler öppnar, Na+ kanaler stängs

3. Hyperpolarisering

-70 → -90 mV
K+ kanaler stängs långsamt

4. Återställning

-90 → -70 mV
Na+/K+ ATPas återställer jämvikt

Refraktärperioder

🚫 Absolut refraktärperiod

Från stimuli till -45 mV

Ingen ny aktionspotential möjlig
Na+ kanaler inaktiverade
Oavsett stimulusstyrka

⚠️ Relativ refraktärperiod

Från -45 mV till vilopotential

Ny aktionspotential möjlig med stark stimuli
Färre Na+ kanaler tillgängliga
Kräver högre tröskelvärde

📹 Aktionspotential - mekanism

Propagering av aktionspotential

🌊 Spridning längs axonet

Aktionspotential startar vid axon hillock och sprids åt ena hållet:

Depolarisering vid en punkt skapar lokal elektrisk gradient
Närliggande områden når tröskelvärde och depolariserar
Refraktärperioden förhindrar bakåtspridning
Kontinuerlig regeneration vid Ranvier-noder

📹 Aktionspotential propagering

🔗 Synapser - Neuronala kontakter

Synapstyper och anatomi

📍 Olika synapskontakter

Axon → Dendrit: Vanligaste typen
Axon → Soma: Direkt påverkan på cellkropp
Axon → Axon: Modulering av signaler
Dendrit → Dendrit: Lokal signalprocessing

🧪 Kemisk synaps - Steg för steg

Aktionspotential når presynaptisk terminal
Ca²⁺ kanaler öppnar vid depolarisering
Ca²⁺ influx triggar vesikel fusion
Exocytos frisläpper neurotransmittorer
Transmittorer diffunderar över klyfta
Receptorbindning på postsynaptisk membran
Jonkanaler öppnar/stänger
EPSP/IPSP skapas i postsynaps
Transmittoreliminering avslutar signal
Vesikelåtervinning genom endocytos

Vesikel pools och neurotransmittorer

🫧 Vesikelpooler

Readily Releasable Pool: Redo för omedelbar frisläppning
Recycling Pool: Återvinns lokalt i terminalen
Reserve Pool: Aktiveras vid intensiv stimulering

📝 Kriterier för neurotransmittor

Syntetiseras och lagras i presynaps
Frisläpps beroende på Ca²⁺ influx
Specifika postsynaptiska receptorer finns
Elimineras från synapsklyftan

📊 Signalintegration och summering

EPSP och IPSP

⬆️ EPSP - Excitatory Postsynaptic Potential

Mekanism: Öppnar Na+ kanaler → depolarisering

Närmare tröskelvärde
Ökar sannolikheten för aktionspotential
Glutamat - vanligaste excitatoriska transmittorn
Binder till AMPA och NMDA receptorer

⬇️ IPSP - Inhibitory Postsynaptic Potential

Mekanism: Öppnar K+ eller Cl⁻ kanaler → hyperpolarisering

Längre från tröskelvärde
Minskar sannolikheten för aktionspotential
GABA - vanligaste inhibitoriska transmittorn
Öppnar Cl⁻ kanaler

Temporal och spatial summering

⏰ Temporal summering

Tid-baserad: Flera signaler från samma synaps

Hög frekvens av aktionspotentialer
EPSP/IPSP överlappar innan de avklingar
Summerar matematiskt

🗺️ Spatial summering

Rum-baserad: Samtidiga signaler från olika synapser

Multipla synapser aktiverade samtidigt
EPSP och IPSP kombineras
Integreras i axon hillock

🎯 Axon hillock - Integrationszonen

All summering sker här för att avgöra om aktionspotential ska initieras:

Matematisk summering: ΣEPSP - ΣIPSP
Tröskelvärde: -45 mV för aktivering
Temporal dimension: Membranpotential över tid

📹 Synapser och signalintegration

🚪 Membrantransport - Kanaler och pumpar

📹 Membrantransport - Översikt

📹 Jonkanaler och pumpar

⬇️ Passiv transport (Kanaler)

Rörelse med gradient - ingen energi krävs

Enkel diffusion: O₂, CO₂ genom lipidmembran
Faciliterad diffusion: Via proteinkanaler
Drivande kraft: Koncentrations- och elektrisk gradient

⬆️ Aktiv transport (Pumpar)

Rörelse mot gradient - ATP krävs

Na⁺/K⁺ ATPas: 3 Na⁺ ut ↔ 2 K⁺ in
Ca²⁺ ATPas: Håller låg intracellulär Ca²⁺
Drivande kraft: ATP-hydrolys

Jonkanaler och deras reglering

⚡ Spänningsstyrda kanaler

Öppnar/stänger baserat på membranpotential

🔒 Stängd

Vid vilopotential, ingen jonflöde

🔓 Öppen

Vid depolarisering, joner flödar

🚫 Inaktiverad

"Ball-and-chain" blockerar kanalen

Exempel: Na⁺, K⁺, Ca²⁺ kanaler

🔗 Ligandstyrda kanaler

Öppnar när specifik ligand binder

Acetylkolin receptor: Na⁺/K⁺ kanal
GABA receptor: Cl⁻ kanal
Glutamat receptorer: AMPA, NMDA

🤲 Mekaniskt styrda kanaler

Aktiveras av fysisk deformation

Tryck- och beröringsreceptorer
Stretch-receptorer i muskler
Hörsel- och balansorganet

📹 Spänningsstyrda jonkanaler

🎯 Receptortyper och signalöverföring

⚡ Jonotropa receptorer (Channel-linked)

Snabb signalöverföring:

Ligand binder direkt till jonkanal
Omedelbar kanalöppning/stängning
Millisekunders respons
Exempel: Acetylkolin, GABA-A, Glutamat (AMPA)

🔄 Metabotropa receptorer (G-protein linked)

Långsam signalöverföring via second messengers:

Ligand → G-protein → Enzym → Second messenger
Påverkar metabolism och genuttryck
Sekunder till minuters respons
Exempel: Dopamin, Serotonin, GABA-B

💬 Second messengers

cAMP

cykliskt adenosin monofosfat

Aktiverar proteinkinase A → fosforylering

cGMP

cykliskt guanosin monofosfat

Viktig i synsystemet och vasodilatation

Ca²⁺

Kalcium

Allestädes närvarande messenger, triggar exocytos

🏗️ Neuronklassificering och nervfibrer

Morfologisk klassificering

🌟 Multipolära neuroner

En axon, många dendriter
Vanligaste typen i CNS
Motorneuroner och interneuroner

🎯 Bipolära neuroner

En axon, en dendrit
Specialiserade sensoriska neuroner
Retina, luktepitel, hörselorgan

🔵 Unipolära neuroner

T-formad process från cellkropp
Sensoriska neuroner i PNS
Dorsala rotganglier

Nervfibertyper och ledningshastighet

🚀 A-fibrer

Diameter: Störst (2-20 μm)
Myelin: Kraftigt myelinerade
Hastighet: 15-150 m/s
Funktion: Somatisk motorik och känsel
Exempel: Skelettmuskelkontroll, berörning

🏃 B-fibrer

Diameter: Medium (1-3 μm)
Myelin: Lätt myelinerade
Hastighet: 3-15 m/s
Funktion: Autonoma nervsystemet
Exempel: Sympatiska preganglionära

🐌 C-fibrer

Diameter: Minst (0.2-1.5 μm)
Myelin: Omyelinerade
Hastighet: 0.5-2 m/s
Funktion: Smärta, temperatur
Exempel: Molnande smärta, sympatiska postganglionära

🧪 Neurotransmittorer och signalsubstanser

⚡ Acetylkolin

Lokalisering: NMJ, autonoma synapser, CNS

Excitatorisk på skelettmuskler
Inhibitorisk på hjärtmuskel
Nedbrytning av acetylkolinesteras
Viktigt för minne och uppmärksamhet

🔄 Aminer (Monoaminer)

Noradrenalin

Sympatiska, "kamp-eller-flykt", uppmärksamhet

Dopamine

Belöning, motivation, rörelse (Parkinson vid brist)

Serotonin

Humör, sömn, aptit, tarmfunktion

Gemensamt: G-protein-kopplade receptorer, second messengers

🧬 Aminosyror

🟢 Glutamat - "Gaspedalen"

Vanligaste excitatoriska transmittorn i CNS
AMPA och NMDA receptorer
Kritisk för lärande och minne
Excitotoxicitet vid överaktivering

🔴 GABA - "Bromspedalen"

Vanligaste inhibitoriska transmittorn
Öppnar Cl⁻ kanaler → hyperpolarisering
Måltavla för anxiolytika och sedativa
Alkohol förstärker GABA-effekter

🧪 Neuropeptider

Substans P: Smärtsignalering
Endorfiner: Naturliga smärtlindrare
Vasopressin: Vattenbalans och socialt beteende
Oxytocin: Social bindning, förlossning

Karakteristika: Långvarig effekt, modulerar synaptisk transmission

☠️ Saxitoxin och neurotoxikologi

Saxitoxin - mekanism och effekter

🧬 Molekylär mekanism

Målmolekyl: Spänningsstyrda Na⁺ kanaler
Bindningsställe: Kanalporen
Effekt: Blockerar Na⁺ influx
Konsekvens: Reducerad aktionspotentialamplitud

🌊 Källa och distribution

Producenter: Dinoflagellater (Alexandrium spp.)
Algblomning: "Röda tidvatten"
Bioackumulation: Musslor, ostron, kammusslor
Stabilitet: Tål kokning, ej förstörs av matlagning

🏥 Kliniska effekter

Min

Tidiga symtom

Domningar i mun och läppar
Parestesier i händer och fötter
Yrsel och huvudvärk

→

1-2h

Måttliga symtom

Muskelsvaghet
Koordinationsrubbningar
Talsvårigheter

→

2-12h

Svåra symtom

Andningsförlamning
Medvetandepåverkan
Risk för dödsfall

Andra neurotoxiner

🐡 Tetrodotoxin (TTX)

Källa: Kugelfisk, blåringsoktopus

Mekanism: Na⁺ kanalblockad (liknar saxitoxin)

🐸 Batrachotoxin

Källa: Pilgrodfrodor

Mekanism: Håller Na⁺ kanaler permanentöppna

🦠 Botulinumtoxin

Källa: Clostridium botulinum

Mekanism: Blockerar acetylkolin release

🔑 Nyckelbegrepp för tentamen

Membranpotentialer

Vilopotential: -70 mV, upprätthålls av Na⁺/K⁺ ATPas
Tröskelvärde: -45 mV för aktionspotential
Refraktärperioder: Absolut (inga nya AP) vs Relativ (högt stimuli krävs)

Synapser

EPSP: Glutamat → Na⁺ influx → depolarisering
IPSP: GABA → Cl⁻ influx → hyperpolarisering
Summering: Temporal (tid) + Spatial (rum) i axon hillock

Neurotransmittorer

Excitatorisk: Glutamat (vanligaste i CNS)
Inhibitorisk: GABA (vanligaste i CNS)
Eliminering: Återupptagning, enzymatisk nedbrytning, diffusion

📝 Tentamensfrågor och svar

⏰ Refraktärperioder

Fråga: Under den absoluta refraktärperioden kan ingen ny aktionspotential initieras. Varför?

Svar: Na⁺ kanalerna är inaktiverade av "ball-and-chain" mekanismen och kan inte öppnas oavsett stimulusstyrka.

Fråga: Varför kan en ny aktionspotential initieras under den relativa refraktärperioden?

Svar: Vissa Na⁺ kanaler börjar återställas från inaktiverat tillstånd, men färre är tillgängliga så högre stimuli krävs.

📊 Jongradienter

Fråga: Vilken riktning har den elektriska respektive kemiska gradienten för natrium respektive kalium över ett cellmembran vid vilopotential?

Svar:

Na⁺: Kemisk gradient inåt (140→15 mM), elektrisk gradient inåt (positivt attraheras av negativt)
K⁺: Kemisk gradient utåt (140→5 mM), elektrisk gradient inåt (positivt attraheras av negativt)

🧹 Transmittoreliminering

Fråga: På vilka tre sätt försvinner neurotransmittorer från den synaptiska klyftan?

Svar:

Återupptagning: Tillbaka till presynaps via transportproteiner
Enzymatisk nedbrytning: T.ex. acetylkolinesteras bryter ner acetylkolin
Diffusion: Sprids bort från klyftan

🎯 Receptortyper

Fråga: Hur fungerar en metabotrop receptor?

Svar: Ligand binder till G-protein-kopplad receptor → aktiverar G-protein → aktiverar enzym → producerar second messenger (cAMP, cGMP, Ca²⁺) → förändrar cellens metabolism och jonkanalaktivitet.