Prof. Dr. Silvio O. Rizzoli, Dr. Nora Wender 1. Stunde...
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Prof. Dr. Silvio O. Rizzoli, Dr. Nora Wender 1. Stunde: Stützmotorik vs. Lokomotion Stützmotorik:
• Regelkreise (nicht nur Hirnstamm oder Mark) ermöglichen die aufrechte Körperhaltung:
• Normalerweise keine willkurlichen Bewegungen benötigt. • Motorische Hirnstammzentren: lateral gelegenes motorische Kerngebiet der Formatio
reticularis in der Medulla oblongata; medial gelegene motorische Kerngebiret der Formatio Reticularis; Nucleus vestibularis lateralis (Deiters); Nucleus ruber im Mittelhirn.
• Zwei Klassen von Efferenzen: 1) Tractus rubrospinalis und Tractus reticulospinalis lateralis, die die Alpha- und Gamma-Motorneuronen von Flexoren erregen und dieExtensoren hemmen; 2) Tractus vestibulospinalis und Tractus reticulospinalis medialis, die die Alpha- und Gamma-Motorneuronen von Extensoren erregen und dieFlexoren hemmen.
Haltereflexe = Stehreflexe.
• Bewahren das Gleichgewicht. • Sie nutzen Informationen über die Position, die durch die vestibulären und visuellen
Systeme vermittelt werden. • Zusätlich, auch Informationen von Rezeptoren der Halsmuskulatur => Position des
Köpfes gegenüber der Wirbelsäule. • Änderung der Kopfstellung relativ zur Körperstellung => Korrektur der
Tonusverteilung der Körpermuskulatur = tonische Halsreflexe. • Zerstörung höherer motorischer Zentren => diese Hirnstammreflexe werden
chronisch enthemmt. Stellreflexe:
• Sensorische Information von Labyrinth, Halssensoren und Auge induzieren Stellreflexe
• Körper richtet sich auf (liegende Stellung zu normaler Körperstellung) • Als Labyrinth-Stellreflexe bezeichnet • Analog oben => Hals-Stellreflexe
Lokomotion: Rhythmusgenerator
• Viel komplexer, mehr als nur einfache Reflexe. • Bewegung erfolgt durch komplexe Abfolgen von Kontraktionen der Beinmuskulatur. • Die rhythmische Aktivität wurde 1911 von Graham Brown entdeckt. • Spinale Rhythmusgeneratoren: für rhythmisches Gehen, Laufen oder Schwimmen. • Zentraler Muskelgenerator (Central pattern generator, CPG) genannt • Die einfachsten CPGs enhalten Neurone, die spontan APs auslösen. Andere können
Depolarisationen weit über den anfänglichen Aktivitäts-„Burst“ aufrechterhalten (Plateau Potenziale), wobei diese Aktivität stärker kontrolliert ist als bei einem einfachen Burst; wieder andere CPGs enthalten Interneurone – z.B. können zwei Neurone, die sich gegenseitig inhibieren, ein oszillierendes System bilden, wenn jedes die Eigenschaft eines postinhibitorischen Rebounds hat (was könnte das sein?).
• Lösen auf äußere Reize hin eine komplexe Muskelaktivierung aus: z.B.Berührung der Fußsohlen bei Neugeborenen => Schreitbewegungen
• Funktion kann durch absteigende monoaminerge Systeme des Hirnstamms moduliert werden
• Die Bewegung erfordert eine Aktivierung bestimmter Muskelklassen, während andere inhibiert warden – siehe beispielsweise Neunauge (Lamprey)
• Solche Aktivitäts-Bursts können im zentralen Rhythmusgenerator generiert werden. Dazu ist keine sensorische Signalverarbeitung erforderlich.
• Propriozeption reguliert den zeitlichen Ablauf und die Amplitude der Schrittfolgen. Mit anderen Worten gesagt: Muskelspindeln und Golgisehnenorgane sind an der Bewegungskoordination beteiligt.
• Lokomotion kann durch elektrische Reizung im Mittelhirn (lokomotorisches Zentrum) ausgelöst werden
• Schließlich wird die Bewegung von höheren Zentren kontrolliert, wobei es auch zur Koordination mit den sensorischen Sytemen kommt.
2. Stunde: Motorische Areale des zerebralen Kortex Die Mechanismen von Stützmotorik und Lokomotion sind primär im Rückenmark angelegt. Moduliert via absteigender supraspinaler Signale, durch Interneuronen (siehe oben). Hier werden multiple Signale summiert => z.B. multisensorische Konvergenz (siehe Sensorik Vorlesungen). Aufsteigende motorische Bahnen ziehen zum Kleinhirn und zur Retikulärformation. Bei zielmotorischen Bewegungen wird der Kortex eingeschaltet:
• Eine Idee über potentielle Bewegung (z.B. von den subkortikalen Motivationsarealen). • Zuerst wird ein Bewegungsplan in den assoziativen Arealen des Kortex
zusammengesetzt (posterior parietaler Kortex und präfrontaler Kortex). Beginnt ~0.8 Sekunden vor der Bewegung. Mittels EEG gemessen = Bereitschaftspotenzial.
• Danach wird ein Bewegungsprogramm in Teilen von Assoziationsarealen, Basalganglien und Kleinhirn entwickelt. Etwa 0.1 ms vor dem Bewegung = Prämotorpotenzial.
• Bewegungskommando, vom primären motorischen Kortex, ~50 ms vor Bewegungsbeginn = Motorpotenzial.
• Bewegung => Ausführung von Hirnstamm/Kleinhirn überwacht. Kortex: Aufbau:
• Brodmann, 1909, Artikel „Vergleichende Lokalisationslehre der Großhirnrinde in ihren Prinzipien dargestellt auf Grund des Zellenbaues“. Regional spezifische histologische Merkmale ermöglichen eine Untergliederung in 52 zytoarchitektonische Areale, als „Brodmann-Areale“ bezeichnet.
• Areale: Primär sensorische Kortexareale (reagieren auf eine Sinnesmodalität). • Primär motorische Kortexareale (steuern die Willkürmotorik). • Sekundär (unimodeale) sensorische bzw. motorische Kortexareale (reagieren auf
unterschiedliche Sinnesmodalitäten und kognitive Reize). • Polymodale Assoziationskortizes (mit höheren kognitiven Funktionen befasst).
• Die kortikalen Areale besitzen eine Reihe von Gemeinsamkeiten: • Aufbau aus Schichten (Laminae), parallel zur Oberfläche • Neuronale Verbindungen in vertikaler Achse, innerhalb funtioneller Säulen
(Kolumnen) • Neuronale Verbindungen in horizontaler Achse (verbinden funktionelle Säulen) • Eingangs- und Ausgangsstationen (= primären Quellen und Ziele der afferenten und
efferenten Verbindungen) • Neokortex (auch Isokortex gennant): 6 Schichten (Laminae): Von außen nach innen: • Lamina I (Stratum moleculare): Zellarm; hauptsächlich Fasern und vereinzelte
Interneurone • Lamina II (Stratum granulosum externum): Kleinere bedornte Sternzellen • Lamina III (Stratum pyramidale externum): Kleinere Pyramidenzellen • Lamina IV (Stratum granulosum internum): Größere primärafferente bedornte
Sternzellen, die Projektionen aus anderen Hirnarealen enthalten. • Lamina V (Stratum pyramidale internum): Große Pyramidenzellen, die aus der
Hirnrinde herausprojizieren • Lamina VI (Stratum multiforme): Verschiedene Pyramiden- und bedornte Sternzellen
sowie Interneurone.
• Neurone des Kortex: Erregende Pyramidenzellen + hemmende (inhibitorische) oder erregende Interneuronen.
• Pyramidenzellen: 80% aller Neurone; lokal durch Axonkollaterale miteinander
verbunden; Axone laufen zu anderen kortikalen Regionen- als Assoziationsfasern (ipsilateral) und Kommissurenfasern (zur kontralateralen Hemisphäre)- oder (<10%) zu anderen Bereichen (z.B. motorische Zentren im Hirnstamm). Axone der Pyramidenzellen = einzige Verbindungen, die den Kortex verlassen!
• Sternzellen: Dendritenreiche Interneurone, eingebaut in lokale Schaltkreise. Motorischer Kortex:
• Primärer motorischer Kortex (Area 4, M1) in der vorderen Wand des Sulcus centralis. Hier wird das Bewegungsprogramm durchgeführt.
• Supplementär-motorische Rinde (supplementary motor area, SMA) (Area 6). Bewegungen werden hier initiiert und geplant.
• PrämotorischeRinde (Premotor area, PMA) (auch Area 6). Bewegungsprogramm wird hier erstellt.
• Area 8 (frontales Augenfeld) für die äußeren Augenmuskeln. • Motorische Assoziationsareale: posteriorer Parietalkortex (Area 5 und 7) und
präfrontaler Kortex. Verarbeitung + Integration von Informationen. • Schichten: wie oben, für andere kortikale Areale. Schicht IV ist wenig ausgeprägt.
Größe Pyramidenzellen in Schicht V, die Betz’schen Pyramidenzellen (~100 µm Durchmesser), deren Axonen bilden Tractus corticospinalis => Hauptausgangssystem aus dem motorischen Kortex, kommt hauptsächlich aus Areas 4 und 6.
• Tractus corticospinalis lateralis, 75-90% der Fasern • Tractus corticospinalis medialis (ventralis) • Beide innervieren Interneurone in der Pars Intermedia des Rückenmarks • Nur ~2% der Axone des Tractus corticospinalis enden an Alpha-Motoneuronen! • Dieser direkte corticospinale Weg zur Bewegung ist auf Handbewegungen
ausgerichtet => Präzisionsgriff • Ein indirekter Weg: Kollaterale zu Neuronen des Nucleus ruber und der
Retikulärformation. Für zielmotorische Bewegungen (z.B. Klettern). Der primäre motorische Kortex:
• Der motorische Homunkulus • Maßgebend für den Umfang der Repräsentation ist die Zahl der Neurone, nicht die
Größe des Körperteils • Organisation in funktionelle Säulen • Läsionen führen zu motorischen Lähmungen (Paresen) auf der Gegenseite (warum
diese Seite?). Lähmungen der Extremitäten (Hemiplegie, Hemiparese), faziale Parese. • Ursache – z.B. Hirninfarkt. • Zur Untersuchung: transkranielle Magnetstimulation. • Die Motoneuronen in M1 sind 50-150 ms vor einer Bewegung aktiviert => eine
Kontraktion wird folgen. Wenn der Bewegungsablauf behindert wird => über sensorische Bahnen wird der Kortex informiert => mit einer Latenz von 20-35 ms werden M2- und M3-Antworten kommen = „long-loop-Reflexe“. Dienen der Kontrolle won Bewegungen.
Prämotorische Rindenfelder:
• Area 6, M2; SMA, PMA (siehe oben). Erstellen Bewegungsprogramme
• Läsionen führen zu Defiziten in der Ausführung erlernter Bewegungen (Apraxien) • Broca-Areal (Sprachproduktion) und das frontale Augenfeld sind auch in der PMA
Projektionen aus dem motorischen Kortex:
• Tractus corticospinalis • Läsion: Babinski-Reflex (Dorsalbewegung der Großzehe und Spreizen der anderen
Zehen beim Entlangstreichen an der lateralen Fußsohle, normalerweise gehemmt) • Läsion: Störungen der motorischen Geschicklichkeit, Lähmung. • Spastik => wahrscheinlich ein Wegfallen thalamokortikaler Verbindungen, nicht
Tractus corticospinalis Afferenzen zum Motorkortex:
• Thalamokortikaler Eingang => Informationen von Kleinhirn, Basalganglien, medial-lemniskalen System
• Kortiko-kortikale Eingänge, über Assoziationsfasern • Aufsteigende extrathalamische Fasersysteme
3. Stunde: Basalganglien Die Basalganglien = Kerngebiete des Striatum, des Thalamus und des Mittelhirns, bilateral unter Kortex, parallel zum Kortex geschaltet.
• Massive neokortikale Eingänge, hauptsächlich vom Assoziationskortex. • Efferenzen über motorischen Thalamus zu den motorischen Abschnitten des Kortex. • Hemmende Funktion • Funktion bei Initiierung und Terminierung komplexer Bewegungen => welche Art
von Bewegung einer gegebenen Situation oder Aufgabe angemessen ist. • Selektion und Prozessierung von motorischen und nicht-motorischen
Handlungsmustern Verschiedene Transmittersysteme:
• Glutamat (erregend) • GABA (hemmend) • Dopamin (über D1-Rezeptoren erregend, im direkten Weg; über D2-Rezeptoren
hemmend, im indirekten Weg, siehe unten). • Acetylcholin (hemmend)
Anatomie:
• 4 Kerne • Striatum = Eingangsstation zu den Basalganglien. Geformt von Nucleus caudatus,
Putamen, Nucleus Accumbens. Striatum = parallel somatotop angeordnetes System (was ist das?). 95% der Neurone = GABA-erg. Andere = Neuropeptide.
• Globus pallidus. Teil des Thalamus. • Substantia nigra, im Mittelhirn lokalisiert. Hoher Gehalt an Melanin. Pars compacta
(Dopamin), Pars reticulata (GABA). • Nucleus subthalamicus.
Eingänge/Ausgänge
• Die Meisten in das Striatum • Aus nahezu dem gesamten Kortex, erregend (Glutamat). • Erregende Eingänge vom Thalamus, heterogene Eingänge von der Substantia nigra
pars compacta • Ausgänge von hemmenden Neuronen des Globus pallidus pars interna (GABA) und
der Substantia nigra pars reticulata (GABA), zum Thalamus. Von Thalamus => erregende Projektion in den Kortex (z.B. frontaler Kortex).
• => Kortiko-thalamo-Kortikale Rückkoppelungsschleife (loop) Zwei parallele synaptische Verschaltungswege:
• Direkter Weg: vom Striatum zum Globus pallidus pars interna und zur Substantia nigra pars reticulata => von beiden zum motorischen Thalamus.
• Hier sind zwei hemmende Systeme hintereinander geschaltet • So wird die Aktivität in Striatum zu einer Disinhibition im Thalamus führen =>
Aktivierung in Thalamus und Kortex. Die Disinhibition aktiviert die Neuronen nicht, aber macht sie aktivierbar.
• Die Neurone im Globus pallidus sind tonisch aktiv, und werden (wenn nicht inhibiert) GABA freisetzen
• Indirekter Weg: vom Striatum zum Globus pallidus pars externa, dann zum Nucleus subthalamicus. Von hier aktivieren Neurone denGlobus pallidus pars interna und die Substantia nigra pars reticulata => Inaktivierung in Thalamus und Kortex.
• Ein zusätliches System, interner Weg: GABAerge Projektionen aus dem Striatum in Substantia nigra pars compacta + eine hemmende dopaminerge Rückprojektion von Substantia nigra pars compacta zum Striatum.
• Direkter Weg ist bewegungsfördernd, indirekter Weg funktioniert als Bremse Vier funktionelle Rückkoppelungsschleifen (loops):
• Skelettmotorische Schleife (Körpermotorik) • Okulomotorische Schleife • Kognitive (präfrontale) Schleife (Beteiligung an kognitiven Funktionen) • Limbische Schleife (Ausdrucksmotorik – Mimik, etc.)
Pathologie:
• Dopaminmangel: die Aktivierbarkeit der thalamokortikalen Strukturen wird herabgesetzt. Mangel an Dopamin wird mittels L-Dopa ausgeglichen.
• Hypokinetische Bewegungsstörungen • Parkinson-Erkrankung (Parkinson’s Disease, 1817): verlangsamte Bewegungen
(Bradykinese), erhöhter Muskeltonus (Rigor), Zittern in Ruhe (Ruhetremor, 3-5/s), veränderte haltungsbezogene Reflexe => Degeneration der dopaminergen Neurone in der Substantia nigra. Ursachen = Stress, Umweltgifte, Pestizide, alpha-Synuclein Überproduktion. Auch MPTP, ein Verunreinigungsprodukt bei der Heroinsynthese, das durch Dopamin-Transporter im Zellen kommt, und toxisch ist.
• Parkinson’s Disease => verstärkte Hemmung des motorischen Thalamus. Verschiedene Therapie-Methoden: Stammzelltherapie, Tiefe Hirnstimulation, Hirnschrittmacher
• Hyperkinetische Bewegungsstörungen: 1872, Huntington, 1:20,000 Personen. Verlust von GABA/Enkephalin Neuronen im Striatum => erhöhte Hemmung des Nucleus subthalamicus => disinhibiert den Thalamus. Keine Therapie (außer, z.B., Schutz vor oxidativem Stress – Vitaminen, etc).
• Ballismus: Schädigung des Nucleus Subthalamicus; Bewegungen ähnlich zu Wurfbewegungen. Hemmende Neuronen des Globus pallidus pars interna sind nicht mehr aktiviert => Thalamus wird disinhibiert.
• Dystonien => Steigerung des Muskeltonus, abnormale Bewegungen, z.B. Torticollis. • Athetosen => unwillkürliche, langsame wurm- oder schraubenförmige Bewegungen
von Gliedmassen. Schädigung des Striatums.
4: Stunde: Kleinhirn
• Teil von Metencephalon (Hinterhirn) • 10% des Gehirnvolumens, aber 50% der Neurone • Steuerung der Motorik: Koordination, Feinabstimmung, unbewusste Planung,
motorisches Lernen Anatomie:
• Eine kortikale Schicht (Kleinhirnrinde), Fasern innen (weiße Substanz) • Ansammlungen von Nervenzellen in der weißen Substanz = Kleinhirnkerne =>
Nucleus fastigii, Nucleus interpositus, Nucleus dentatus • Grobe Anatomie: Lobus anterior cerebelli (Vorderlappen), Lobus posterior cerebelli
(Hinterlappen), und ein kleiner Lobus flocculonodularis (Flöcken-Knötchen-Lappen) • Zentrale Streife = Vermis cerebelli (Wurm) • Hemisphären: ein großer lateraler Teil und eine schmale interne Pars intermedia.
Funktionelle Anatomie:
• Vestibulozerebellum (~Lobus flocculonodularis) erhält Eingänge vom Vestibularsystem (Axone von N. VIII und Vestibulariskernen), projiziert zu den Vestibulariskernen. Kontrolliert Augenbewegungen, Gleichgewicht.
• Spinozerebellum (~Vermis + Pars intermedia): Afferenzen von Rückenmark und Großhirnrinde, projiziert auf Nucleus fastigii und Nucleus interpositus. Kontrolle von Bewegungskommandos und der Lage von Extremitäten; Mimik.
• Zerebrozerebellum: der größte Teil des Kleinhirns; Afferenzen vom Großhirn (prämotorischer Kortex und supplementärmotorisches Areal) über pontine Kerne, projiziert auf Thalamus. Grobe Bewegungsentwürfe.
Kleinhirnrinde:
• Regelmäßiger Aufbau: 3 Schichten, 5 verschiedene Neuronentypen • Molekularschicht (Stratum moleculare, außen), mit hemmenden Neuronen (GABA) =
Stern- und Korbzellen. • Darunter die Purkinjezellschicht (Stratum ganglionare), mit Purkinjezellen (GABA).
Diese stellen den einzigen Ausgang der Kleinhirnrinde dar => Axonen zu den zerebellären Kernen und dem lateralen Vestibulariskern (Nucleus deiters).
• Körnerzellschicht (Stratum granulosum). Körnerzellen (erregend, Glutamat), sehr viele (50 Milliarden). Auch hier Golgizellen (GABA), inhibieren die Körnerzellen.
• Eingänge: • 1) Kletterfasern, von der Oliva inferior (Tractus olivocerebralis). Synapsen mit
Dendriten von Purkinje-Zellen, erregend, niederfrequent (1-3 Hz). 1 Faser = ungefähr 200 Synapsen pro Purkinje-Zelle => einzelne APs von Kletterfaser werden die Purkinje-Zellen fast immer erregen.
• 2) Moosfasern, von Hirnstamm, Rückenmark; Information aus der Peripherie und Großhirnrinde (Tractus cortico-ponto-cerebellaris), hochfrequent (50-100Hz); aktivieren die Körnerzellen, die dann die Purkinje-Zellen erregen durch ihre Axonen, die Parallelfasern. 1 Parallelfaser => 1 Synapse mit Purkinje-Zelle. Einzelne APs konnen die Purkinje-Zellen nicht alleine erregen => Summation benötigt.
• 3) Modulierende Afferenzen aus den Raphekernen (Serotonin) und Locus coeruleus (Noradrenalin)
• Moosfasern + Parallelfasern => Purkinjezellen werden zuerst erregt und dann durch Korb- und Sternzellen gehemmt => Zeitmuster! Das wird als Hemmung/Disinhibition weitergeleitet zu den Kleinhirnkernen => dann zu spinaler Ebene.
• So werden Purkinje-Zellen die überschwängliche Motorik hemmen. Die Purkinje-Zellen mussen gehemmt sein, um Bewegungen zu produzieren.
Funktion:
• Vermis => Stützmotorik. Kontrolliert Körperhaltung, Muskeltonus, stützmotorische Bewegungen. Zusammen mit den Vestibulozerebellum (siehe oben) => Gleichgewicht, Okulomotorik, Augen-Kopf-Koordination.
• Pars intermedia => erhält vom Motorkortex eine „Kopie“ des Bewegungsprogramms (Efferenzkopie), und vom spinozerebellaren Trakt die Information über die Durchführung der Bewegung. Differenzen werden erkannt => Korrekturen!
• Laterale Hemisphären => Verbindungen zwischen assoziativen Kortexarealen und Motorkortex. Benötigt für korrekte, schnelle, ballistische Zielbewegungen, die keinen zeitlichen Spielraum für Rückkopplungen bieten.
Motorisches Lernen
• Bewegungen werden schneller und gleichmäßiger • Klavierspielen, Skifahren, etc. • Zelluläre Mechanismen? • Long-term-depression • Beispiel: Lidschlussreflex (Lidschluss durch akustischen Reix ausgelöst)
Störungen:
• Läsionen: Rumpf-, Stand- und Gangataxie (gestörtes Zusammenspiel von Muskelgruppen)
• Dysmetrie (fehlende Zielgenauigkeit) • Intentionstremor • Dysarthrie (Sprechstörung) • Nystagmus • Störungen im Muskeltonus, Hyperreflexie
5: Stunde: Erkrankungen der motorischen Einheit
• Neuronal bedingte (neurogene) oder muskulär bedingte (myopathische) Krankheiten • Hauptsymptom: Skelettmuskelschwäche • Andere Symptome: Unfähigkeit, die Muskeln zu entspannen (Myotonie) • Krämpfe, Schmerz (Myalgie) • Myoglobin wird mit Urin ausgescheiden (Myoglobinuria))
Diagnose:
• EMG-Antworten • Messung der Muskelenzym-Aktivität im Serum • Untersuchung der Nervenleitfähigkeit • Muskelbiopsie • DNA-Analyse (warum?)
Erkrankungen der Motoneurone: typischerweise akut oder chronisch: amyotrope Lateralsklerose (ALS). Es handelt sich um eine Motoneuronerkrankung, die zum Absterben der Neurone führt.
• Muskelschwäche und Atrophie • Symptome beginnen mit schmerzloser Schwäche von Armen und Beinen, kann auch
die Atmungsmuskeln betreffen • Faszikulation (sichtbare Zuckungen), möglicherweise durch unkontrollierte ACh-
Ausschüttung; es ist unklar, wie die Ausschüttung koordiniert wird, sodass es zu sichtbaren Zuckungen kommt.
• Fibrillation (nicht sichtbare Zuckungen), ausgelöst durch spontane Aktivität der Muskelfasern. In einigen Fällen kommt es zu Einbau zusätzlicher spannungs-gesteuerter Calcium- und Natrium-Kanäle im Muskel => Schrittmacherartige Aktivität
• Oft kommt es zu Hyperreflexie, vermehrten Sehnenreflexen, die charakteristisch für Erkrankungen der oberen Motoneurone.
• Dysarthria • Dysphagia • Keine Therapiemöglichkeit bekannt • Sehr wenige familiäre Fälle ((~5%), setwa 20% davon sind mit Mutationen in der
Superoxide Dismuthse 1 (SOD1) assoziiert. Erkrankungen der peripheren Nerven: auch akut oder chronisch: Akut: Guillain-Barré Syndrom:
• Häufig Atemwegsinfektionen, aber nicht alle • Autoimmunantwort, die die peripherewn Nerven angreift durch (im Blut?)
zirkulierende Antikörper • Behandlung: Plasmapherese • Rückkehr zu Normalzustand möglich
Chronisch: • Genetisch: Charcot-Marie-Tooth • Metabolisch: Diabetes, Vitamin B12-Mangel, Thiamin-Mangel • Vergiftung: Blei, Alkohol • Karzinom • Immunerkrankungen
Diese Erkrankungen sind entweder demyelinisierend oder axonal.
Erkrankungen der Skelettmuskulatur: entweder erblich bedingt oder erworben: Muskeldystrophien (erblich bedingt):
• Duchenne: nur bei Männern (X-chromosomal rezessiv), beginnt in den Beinen, Tod im Alter von 30-40 Jahren.
• Facioscapulohumeral: autosomal dominant, bei Männern und Frauen, beginnt in der Pubertät, Schulter und Gesicht als erstes betroffen. Fast normale Lebenserwartung.
• Myotonische Muskeldystrophie: starke spontane Kontraktionen, halten an nach Kurarisierung, die Gehirnnerven sind daran beteiligt .
Maligne Hyperthermie:
• Mutation in den Ryanodinrezeptoren der SR-Membran => unter Narkose steigt Ca2+ unkontrollierbar an (siehe oben). Starke Kontraktionen, Wärmebildung. Kann zu Tod führen.
Muskelkrämpfe:
• Krämpfe, Spasmen der Muskulatur: APs mit hoher Frequenz • Auslösbar durch kurze, normale Willkürinnervation • Therapie: Magnesium
6: Stunde: Pathologie II Reflex-Krankheiten:
• Segmentale Hypo- oder Areflexie. Schädigung der Afferenzen oder Zellkörper von Vorderhornzellen.
• Nicht segmental organisierte Hypo- oder Areflexie: Tumorkompression, Trauma, etc., die einene Nervenplexus befallen; sensomotorische Störungen
• Hyperreflexie: Funktionsstörungen in absteigenden Bahnen • Gesteigerter Flexorreflex: chronischen Läsionen im Rückenmark
Disinhibition:
• Strychnin Vergiftung: verhindert Glyzinbindung an Glyzinrezeptoren => simultane tetanische Kontraktionen von Agonisten und Antagonisten. Benzodiazepin als Antikonvulsivum eingesetzt.
• Tetanus (Wundstarrkrampf): Tetanus-Toxin (Clostridium tetani). In infizierte Wunden von Motoneuronen aufgenommen, retrograd transportiert, durch Transzytose in hemmende Interneurone transportiert. Schneidet VAMP2/Synaptobrevin (was ist das?), und blockiert die Glyzinfreisetzung. Muskelsteifheit, Muskelkrämpfe, Opistothonus. Therapie: Impfung mit inaktiviertem Toxin (Toxoid). Antibiotika, manchmal Beatmung notwendig.
Querschnittslähmung:
• Muskel caudal von Läsion sind glähmt und schlaff (Muskelhypotonie). Später kann sich das Rückenmark (in Grenzen) re-organisieren (neue Synapsen).
Schädigungen des Kleinhirns:
• Generell: siehe oben • Charcot-Trias Syndrom: Diplopie (Doppelbilder), Ataxie (Gleichgewichts- oder
Koordinationsstörungen), Dysarthrie (Sprechstörungen, Löwenstimme), Dysdiadochokinese (Unfähigkeit schnelle hintereinanderfolgende Bewegungen durchzuführen)
• Passiert bei akuter Alkoholintoxikation, bei Multipler Sklerose Morbus Parkinson:
• Siehe oben • Die letzten Arten von Parkinson-Forschung in Göttingen
7: Stunde: Technologie Verschiedene Methoden, die für die Motorik Forschung eingesetzt werden:
• Elektrophysiologie: Einzelzellen, Muskel (EMG) • Fluoreszenzmikroskopie (z.B. FM dyes) • Calcium-basierte Fluoreszenz-Mikroskopie • Elektroenzephalogramm (EEG) • Bildgebende Verfahren für das Gehirn • Klinische Untersuchungen • Kraftmessungen
Motorik
Prof. Dr. Silvio Rizzoli Tel: 39 5911; email [email protected]
Lehrbücher
Klinke/Pape/Kurtz/Silbernagl Physiologie Thieme, 2009 Kap. 17, 18, 22 Schmidt/Lang/Heckmann Physiologie des Menschen Springer, 2010 Kap. 13, 14, 15, 19
1. Stunde: Stützmotorik vs. Lokomotion 2. Stunde: Motorische Areale des zerebralen Kortex 3. Stunde: Basalganglien 4: Stunde: Kleinhirn 5: Stunde: Pathologie: Erkrankungen der motorischen Einheit 6: Stunde: Pathologie (II) 7: Stunde: Technologie
Inhalt
Stützmotorischen Zentren
Schmidt, pg 140, abb 7.9
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
MI = Primärer motorischer Kortex
SMA = Supplementär-motorische Rinde
PM = Prämotorische Rinde
SI = Primärer senso-motorischer Kortex
ASS CX = Parietaler Assoziationskortex
Stützmotorischen Zentren
Schmidt, pg 140, abb 7.9
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
MI = Primärer motorischer Kortex
SMA = Supplementär-motorische Rinde
PM = Prämotorische Rinde
SI = Primärer senso-motorischer Kortex
ASS CX = Parietaler Assoziationskortex
Tractus rubrospinalis und Tractus reticulospinalis lateralis erregen Flexormotoneuronen und hemmen Extensoren.
Stützmotorischen Zentren
Schmidt, pg 140, abb 7.9
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
MI = Primärer motorischer Kortex
SMA = Supplementär-motorische Rinde
PM = Prämotorische Rinde
SI = Primärer senso-motorischer Kortex
ASS CX = Parietaler Assoziationskortex
Tractus rubrospinalis und Tractus reticulospinalis lateralis erregen Flexormotoneuronen und hemmen Extensoren. Tractus vestibulospinalis und
Tractus reticulospinalis medialis erregen Extensormotoneuronen und hemmen Flexoren.
Haltereflexe
Schmidt, pg 141, abb 7.10
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Haltereflexe
Schmidt, pg 141, abb 7.10
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Haltereflexe = Stehreflexe.
Gleichgewicht.
Informationen: vestibulären und visuellen Systeme, Halsmuskulatur (tonische Halsreflexe)
Haltereflexe
Schmidt, pg 141, abb 7.10
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Haltereflexe = Stehreflexe.
Gleichgewicht.
Informationen: vestibulären und visuellen Systeme, Halsmuskulatur (tonische Halsreflexe)
Stellreflexe.
Aufrichtung der Körper (liegend => normal).
Informationen: vestibulären und visuellen Systeme, Halsmuskulatur (Hals-Stellreflexe)
Lokomotion
Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012
Komplexität von Beugereflex/Streckreflex
Klinke, pg 770, abb 23.7
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Methoden
Kandel, pg 739, Fig 37-1
Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012
Rhytmische Aktivität, G. Brown um 1911
Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012
Lamprey
Kandel, pg 745, 37-5
Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012
Modelelemente
Kandel, pg 743, 37-4
Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012
FRA = Flexor Reflex Afferents
Motor Patterns
Kandel, pg 746, 37-7
Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012
Bewegungen
Kandel, pg 741, 37-2
Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012
Schrittzyklus
Klinke, pg 771 abb 23.8A
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Halbzentrenmodell der Lokomotion
Klinke pg 771 Abb 23.8B
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Propriozeption vs. Lokomotion
Kandel, pg 748, 37-8
Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012
Propriozeption vs. Lokomotion
Kandel, pg 749, 37-9
Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012
Reizung in Mittelhirn vs. Lokomotion
Kandel, pg 751, 37-11
Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012
Sensorik vs. Lokomotion
Kandel, pg 752, 37-12
Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012
ZNS Kontrolle
Kandel, pg 750, 37-10
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
MRF = medial reticular formation
Zusammenfassung
Stützmotorik Haltereflexe Stellreflexe Lokomotion: Rhythmusgenerator Lokomotion: Methoden Lokomotion: Hirnzentren
1. Stunde: Stützmotorik vs. Lokomotion 2. Stunde: Motorische Areale des zerebralen Kortex 3. Stunde: Basalganglien 4: Stunde: Kleinhirn 5: Stunde: Pathologie: Erkrankungen der motorischen Einheit 6: Stunde: Pathologie (II) 7: Stunde: Technologie
Inhalt
Multisensorische Konvergenz
Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010
Absteigende motorische Bahnsysteme
Klinke, pg 776, abb 23.11
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Aufsteigende sensomotorische Bahnsysteme
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Zielbewegungen
Klinke, pg 778, abb 23.13
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Neuronale Aktivität während Fingerbewegung
Klinke, pg 780, 23.14
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Kortexorganisation
Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012
Lamina I (Stratum moleculare): zellarm; hauptsächlich Fasern und vereinzelte Interneurone Lamina II (Stratum granulosum externum): kleinere bedornte Sternzellen Lamina III (Stratum pyramidale externum): kleinere Pyramidenzellen Lamina IV (Stratum granulosum internum): größere primärafferenten bedornten Sternzellen, die Projektionen aus anderen Hirnarealen enthalten. Lamina V (Stratum pyramidale internum): große Pyramidenzellen, die aus der Hirnrinde herausprojizieren Lamina VI (Stratum multiforme): verschiedene Pyramiden- und bedornte Sternzellen, sowie Interneurone.
Funktionelle Kortexorganisation
Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010
Areale der motorischen Kortex
Klinke, pg 781, abb 23.15
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Areale der motorischen Kortex
Klinke, pg 781, abb 23.15
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Bewegungsprogramm durchgeführt
Bewegungen initiiert/geplannt
Bewegungsprogram erstellt
Efferente Projektionen
Klinke pg 782, abb 23.16
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Nur 2% an Alpha-Motoneuronen
Motorische Homunkulus
Klinke, pg 784, abb 23.17
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Präzisionsgriff
Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010
Long-loop-reflexes
Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010
Transkranielle Magnetstimulation
Schmidt, pg 156, abb 7.24
Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010
Babinski-Reflex
Schmidt pg 135., abb 7.6A-B
Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010
Zusammenfassung
Phasen von zielmotoriche Bewegungen Aufbau der Kortex Motorichen Kortex Der primäre motorische Kortex Prämotorische Rindenfelder Efferenzen Afferenzen
1. Stunde: Stützmotorik vs. Lokomotion 2. Stunde: Motorische Areale des zerebralen Kortex 3. Stunde: Basalganglien 4: Stunde: Kleinhirn 5: Stunde: Pathologie: Erkrankungen der motorischen Einheit 6: Stunde: Pathologie (II) 7: Stunde: Technologie
Inhalt
Basalganglien
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Basalganglien
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Programmierung komplexer Bewegungen Selektion und Prozessierung von motorischen und nicht-motorischen Handlungsmustern
Basalganglien
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Programmierung komplexer Bewegungen Selektion und Prozessierung von motorischen und nicht-motorischen Handlungsmustern
Kortiko-thalamo-kortikale Rückkoppelungs-schleife (loop)
Funktionelle Bildgebung
Schmidt, pg 151, abb 7.20
Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010
Verbindungen der Basalganglien
Klinke, pg 787, abb 23.19
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Verbindungen der Basalganglien
Klinke, pg 787, abb 23.19
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Striatum
Verbindungen der Basalganglien
Klinke, pg 787, abb 23.19
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Thalamus
Tonisch aktiv!
Verbindungen der Basalganglien
Klinke, pg 787, abb 23.19
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Verbindungen der Basalganglien
Klinke, pg 787, abb 23.19
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Mittelhirn
Verbindungen der Basalganglien
Klinke, pg 787, abb 23.19
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
D2 Rezeptoren (Adenilyl Cyclase Inhibition)
D1 Rezeptoren (Adenilyl Cyclase Aktivierung)
Die Wege in Basalganglionen
Klinke, pg 788, abb 23.20 A
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Direkter weg = Disinhibition = Aktivierung Thalamus/Kortex
Prinzip der Disinhibition
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Prinzip der Disinhibition
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Prinzip der Disinhibition
Klinke, pg 789, abb 23.21
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Die Wege in Basalganglionen
Klinke, pg 788, abb 23.20 A
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Indirekter weg = inhibition = Inaktivierung Thalamus/Kortex
Die Wege in Basalganglionen
Klinke, pg 788, abb 23.20 A
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Interner weg = ?
Inaktivierung? Aktivierung? Thalamus/Kortex
Funktionelle loops (I)
Klinke, pg 790, abb 23.22
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Funktionelle loops (II)
Klinke, pg 790, abb 23.22 Klinke, pg 790, abb 23.22
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Funktionelle loops (III)
Klinke, pg 790, abb 23.22 Klinke, pg 790, abb 23.22
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Funktionelle loops (IV)
Klinke, pg 790, abb 23.22 Klinke, pg 790, abb 23.22
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Wege: Parkinson
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Parkinson-Erkrankung (Parkinson’s Disease, 1817) Degeneration der dopaminergen Neurone in der Substantia nigra. verlangsamte Bewegungen (Bradykinese), erhöhter Muskeltonus (Rigor), Ruhetremor, veränderte haltungsbezogene Reflexe
Wege: Huntington
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Huntington-Erkrankung (Huntingtons’s Disease, 1872) Degeneration der GABA/Enkephalin Neurone im Striatum. Hyperkinese
Wege: Ballismus
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Ballismus Schädigung des Nucleus Subthalamicus ~Wurfbewegungen
Pathologie: Parkinson
Fibrils
PD
Healthy
α-synuclein – a common denominator of monogenic and idiopathic forms of PD
Loss of dopaminergic neurons from substantia nigra
Motor symptoms
http://img.medscape.com/ 4 µm
Lewy bodies
Spillantini et al., 1997
Courtesy of Tiago Outeiro, Abt. Neurodegeneration
Zusammenfassung
Basalganglien: Definition Transmittersysteme Anatomie Afferenzen Efferenzen Verschaltungswege Ruckkoppelungsschleifen Pathologie
1. Stunde: Stützmotorik vs. Lokomotion 2. Stunde: Motorische Areale des zerebralen Kortex 3. Stunde: Basalganglien 4: Stunde: Kleinhirn 5: Stunde: Pathologie: Erkrankungen der motorischen Einheit 6: Stunde: Pathologie (II) 7: Stunde: Technologie
Inhalt
Kleinhirnanatomie
Klinke, pg 793, abb 23.23 A
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Kleinhirnanatomie II
Klinke, pg 793, abb 23.23 B
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Kleinhirn Funktionelle Organisation (I)
Schmidt, pg 143, abb 7.12
Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010
Okulomotorik Gleichgewicht
Kleinhirn Funktionelle Organisation (II)
Schmidt, pg 144, abb 7.14
Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010
Bewegungskommandos, Extremitäten, Mimik
Kleinhirn Funktionelle Organisation (III)
Schmidt, pg 145, abb 7.15
Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010
Bewegungsentwürfe
Purkinje Zellen
Camillo Golgi
Fixierung (48 Stunden): 3% Kalium Bichromicum 10% Formalin Färbung (48 Stunden): 2% Silbernitrat Ergibt Silberchromat (Schwartz)
Purkinje Zellen
http://www.google.de/imgres?imgurl=http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/15/PurkinjeCell.jpg&imgrefurl=http://en.wikipedia.org/wiki/File:PurkinjeCell.jpg&h=715&w=611&sz=183&tbnid=zZA4OvCoDkkKSM:&tbnh=90&tbnw=77&prev=/search%3Fq%3Dcajal%2Bpurkinje%2Bcells%26tbm%3Disch%26tbo%3Du&zoom=1&q=cajal+purkinje+cells&usg=__Bo5UqEyEdBZhOq1W8GFJgLM3ncw=&docid=8hDzmKYXm_U9aM&sa=X&ei=VkntUJCDOpCPswaX-YGAAQ&ved=0CFsQ9QEwBA&dur=255
Santiago Ramon y Cajal
Summation
Kleinhirn Neuronen
Klinke, pg 795, abb 23.24 A
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Kleinhirn Synapsen
Klinke, pg 795, abb 23.24 B
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Verschaltung der Kleinhirns
Schmidt, pg 146, abb 7.17
Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010
Zerebellum vs. Stützmotorik
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Zerebellum vs. Zielmotorik
Klinke, pg 796, abb 23.25B
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Zerebellum vs. ballistische Bewegungen
Klinke, pg 796, abb 23.25C
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Motorisches lernen
Kandel, pg 666, fig 33-11
Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012
Motorisches lernen
Kandel, pg 666, fig 33-11
Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012
z.B. Lidschlussreflex
LTD
Klinke, pg 836, fig 25.13b
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Zerebellum vs. Störungen
Klinke, pg 797, Tab 23.2
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Zusammenfassung
Grobe Anatomie Funktionelle Anatomie Kleinhirnrinde Funktionen Motorisches Lernen Störungen
1. Stunde: Stützmotorik vs. Lokomotion 2. Stunde: Motorische Areale des zerebralen Kortex 3. Stunde: Basalganglien 4: Stunde: Kleinhirn 5: Stunde: Pathologie: Erkrankungen der motorischen Einheit 6: Stunde: Pathologie (II) 7: Stunde: Technologie
Inhalt
Neurogene vs. myopathische Krankheiten
Kandel, pg 697, abb 35-1
Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012
Diagnose (Beispiel)
Kandel, pg 698, abb 35-2
Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012
Symptome:
Muskelschwäche
Myotonie
Myalgie
Myoglobinuria
Diagnose
Kandel, pg 700, Tab 35-1
Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012
DNA Analyse?
Demyelinisierung (I)
Kandel pg 702, Fig 35-3
Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012
Demyelinisierung (II)
Kandel pg 703, Fig 35-4
Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012
Organisation des Skelletmuskels
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Muskeldystrophien
Kandel, pg 705, Tab 35-3
Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012
Dystrophin
Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012
Dystrophin
Kandel, pg 707, fig 35-6
Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012
Amyotrope Lateralsklerose (ALS)
Motoneuronerkrankung (Absterben) • Muskelschwäche, Atrophie • Faszikulation (sichtbare! Zuckungen). • Fibrillation (nicht sichtbare Zuckungen) • Einbau zusätzlicher spannungs-gesteuerter Calcium- und Natrium-Kanäle im Muskel => Schrittmacherartige Aktivität • Hyperreflexie, vermehrten Sehnenreflexen • Dysarthria • Dysphagia • Keine Therapiemöglichkeit bekannt • Sehr wenige familiäre Fälle ((~5%), setwa 20% davon sind mit Mutationen in der Superoxide Dismuthse 1 (SOD1) assoziiert.
Guillain-Barré Syndrom vs. Charcot-Marie-Tooth
Peripheren Nerven werden erkrankt. Guillain-Barré Syndrom • Autoimmunantwort, oft nach Atemwegsinfektionen • Auto-Antikörper • Therapiemöglichkeit: Plasmapherese Charcot-Marie-Tooth • Diabetes, Vitamin-Mangel (B12, Thiamin) • Blei • Alkohol • Karzinom • Immunerkrankungen
Maligne Hyperthermie
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagl. Physiologie, Thieme, 2009
Mutation in den Ryanodinrezeptoren • Unter Narkose steigt Ca2+ unkontrollierbar an. • Kontraktionen, Wärmebildung, eventuell Tod.
Muskelkrämpfe
Krämpfe, Spasmen der Muskulatur • APs mit hoher Frequenz • Therapie: Magnesium
Zusammenfassung
Erkrankungen der motorischen Einheit -der Motoneurone
-der peripheren Nerven
Muskeldystrophien
Maligne Hyperthermie Muskelkrämpfe
1. Stunde: Stützmotorik vs. Lokomotion 2. Stunde: Motorische Areale des zerebralen Kortex 3. Stunde: Basalganglien 4: Stunde: Kleinhirn 5: Stunde: Pathologie: Erkrankungen der motorischen Einheit 6: Stunde: Pathologie (II) 7: Stunde: Technologie
Inhalt
Reflex-Krankheiten
Reflex-Krankheiten: •Segmentale Hypo- oder Areflexie. Schädigung der Afferenzen oder Zellkörper von Vorderhornzellen. •Nicht segmental organisierte Hypo- oder Areflexie: Tumorkompression, Trauma, etc., die einene Nervenplexus befallen; sensomotorische Störungen •Hyperreflexie: Funktionsstörungen in absteigenden Bahnen •Gesteigerter Flexorreflex: chronischen Läsionen im Rückenmark
Disinhibition
Disinhibition: •Strychnin Vergiftung: verhindert Glyzinbindung an Glyzinrezeptoren => simultane tetanische Kontraktionen von Agonisten und Antagonisten. Benzodiazepin als Antikonvulsivum eingesetzt. •Tetanus (Wundstarrkrampf): Tetanus-Toxin (Clostridium tetani). In infizierte Wunden von Motoneuronen aufgenommen, retrograd transportiert, durch Transzytose in hemmende Interneurone transportiert. Schneidet VAMP2/Synaptobrevin (was ist das?), und blockiert die Glyzinfreisetzung. Muskelsteifheit, Muskelkrämpfe, Opistothonus. Therapie: Impfung mit inaktiviertem Toxin (Toxoid). Antibiotika, manchmal Beatmung notwendig.
Querschnittslähmung: •Muskel caudal von Läsion sind gelähmt und schlaff (Muskelhypotonie). Später kann sich das Rückenmark (in Grenzen) re-organisieren (neue Synapsen).
1. Molecular mechanisms of α-synuclein (α-syn) related toxicity
2. New model systems and imaging approaches
3. Neuroprotective strategies and translation
What and why?
When and where?
Diagnosis/ Intervention
The research topics of C2
Courtesy of Tiago Outeiro, Abt. Neurodegeneration
Partially folded monomer
Destabilized monomer
A30P, A53T Cu(II)
polyamines
Dimer
400 Å
Pathogenesis
Toxic Oligomers? Non-toxic oligomers
Tool compound & Therapeutic
Fibrillar Forms
Lamberto et al., PNAS, 2009; Karpinar et al., EMBO J, 2009
Lashuel et al., 2002
Toxic α-syn species, tool compounds/potential therapeutics
Courtesy of Tiago Outeiro, Abt. Neurodegeneration
Sumo +
Sumo -
α-syn ON α-syn OFF
Sumoylation reduces fibril formation
Sumo +
Sumo -
Why?
Sumo + Sumo -
In the test tube
In yeast
In the rat brain
Krumova et al., JCB, 2011
α-syn post-translational modifications: Sumoylation prevents toxicity
Courtesy of Tiago Outeiro, Abt. Neurodegeneration
α−syn-BiFC system
Imm
uno-EM
Where? Advanced imaging approaches
STED (in N2A cells)
Outeiro et al., 2008
α-syn oligomers
300 nm
mitochondria α-syn
Probing structure, localization and toxicity of a-syn
Courtesy of Tiago Outeiro, Abt. Neurodegeneration
Platforms: I) non-human primate
models II) viral vectors
• Non-invasive optical sensors (neuronal physiology) • In vivo STED microscopy • SPECT (functional whole brain imaging) • MRI and fMRI
When and where?
DAT scan 2-photon microscopy
fMRI
Advanced imaging approaches in vivo
Courtesy of Tiago Outeiro, Abt. Neurodegeneration
How is α-syn transmitted between cells? • Cell death • Cell-cell contacts – nanotubes • Exosomes
Braak et al., 2004
Spreading of Lewy body pathology (Braak Staging)
Courtesy of Tiago Outeiro, Abt. Neurodegeneration
Diagnosis
PD+
Control
Control CSF
PD+ CSF
500 nm
Automated STED image acquisition and analysis STED imaging of α-syn in the CSF as a biomarker
Courtesy of Tiago Outeiro, Abt. Neurodegeneration
Toxic Oligomers?
400 Å
Non-toxic oligomers
Tool compound & Therapeutic
A30P mouse
A30P mouse: fewer aggregates
Intervention
What?
DMSO anle 138b
Fibrillar Forms
Lashuel et al., 2002
Modulating toxic α-syn species using tool compounds: Potential therapeutics
Courtesy of Tiago Outeiro, Abt. Neurodegeneration
Zusammenfassung
Reflex-Krankheiten Disinhibition Querschnittslähmung Schädigungen des Kleinhirns Morbus Parkinson
1. Stunde: Stützmotorik vs. Lokomotion 2. Stunde: Motorische Areale des zerebralen Kortex 3. Stunde: Basalganglien 4: Stunde: Kleinhirn 5: Stunde: Pathologie: Erkrankungen der motorischen Einheit 6: Stunde: Pathologie (II) 7: Stunde: Technologie
Inhalt
Elektrophysiologie
Del Castillo and Katz, J Physiol, 1955; Rizzoli and Betz, Science, 2004
Elektrophysiologie
Bigland-Ritchie
Bigland-Ritchie et al., J Physiol, 1982
EMG
FM 1-43 + +
FM 1-43
Rizzoli et al., Cold Spring Harbor, 2003
FM in vivo
Denker et al., J Physiol, 2009
Rapid dissection
Fixation
Photo-oxidation Free
behavior EM
processing
FM 1-43
A problem of numbers: the use of synaptic vesicles
Denker et al., PNAS, 2011a
A problem of numbers: the use of synaptic vesicles
Denker et al., PNAS, 2011a
A problem of numbers: the use of synaptic vesicles
Denker et al., PNAS, 2011a
A problem of numbers: the use of synaptic vesicles
Denker et al., PNAS, 2011a
Christoph Körber
Heinz Horstmann
Thomas Kuner
A problem of numbers: the use of synaptic vesicles
Denker et al., PNAS, 2011a
A problem of numbers: the use of synaptic vesicles
Denker et al., PNAS, 2011a
Denker et al., PNAS, 2011a
A problem of numbers: the use of synaptic vesicles Locust neuromuscular junction… in pretty stressed locusts
Calzium
Rizzoli and Betz, J Neurosci, 2002
EEG
Schmidt, pg 159, abb 7.26
Schmidt, Lang, Heckmann. Physiologie des Menschen, Springer, 2010
Elektrophysiologie (in vivo)
Kandel, 776, 38-21
Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012
Elektrophysiologie (in vivo)
Kandel, 777, 38-22
Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012
Bildgebende Verfahren für das Gehirn Funktionelle Magnetresonanztomographie = fMRI (fMRT)
BOLD = Blood Oxygen Level Dependent
Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012
Bildgebende Verfahren für das Gehirn
Bildgebende Verfahren für das Gehirn
Cormack, Science, 1980
Computer Tomographie (CT)
Klinische Untersuchungen
Kandel, pg 666, fig 33-11
Kandel, Schwarts, Jessel, Principles of Neural Science, McGraw-Hill, 2012
Zusammenfassung
Elektrophysiologie: Einzelzellen, Muskel (EMG) Fluoreszenzmikroskopie (z.B. FM dyes) Calcium-basierte Fluoreszenz-Mikroskopie Elektroenzephalogramm (EEG) Bildgebende Verfahren für das Gehirn Klinische Untersuchungen Kraftmessungen