Hoe werkt het ruggenmerg

Wat is het centrale zenuwstelsel?

het centrale zenuwstelsel (CZS) controleert de meeste functies van lichaam en geest. Het bestaat uit twee delen: de hersenen en het ruggenmerg.

de hersenen zijn het centrum van onze gedachten, de vertolker van onze externe omgeving, en de oorsprong van controle over lichaamsbeweging. Net als een centrale computer interpreteert het informatie uit onze ogen (zicht), oren (geluid), neus (geur), tong (smaak) en huid (Aanraking), evenals uit interne organen zoals de maag.,

het ruggenmerg is de snelweg voor communicatie tussen het lichaam en de hersenen. Wanneer het ruggenmerg gewond is, wordt de uitwisseling van informatie tussen de hersenen en andere delen van het lichaam verstoord.

hoe verschilt het centrale zenuwstelsel van andere systemen van het lichaam?

De meeste systemen en organen van het lichaam controleren slechts één functie, maar het centrale zenuwstelsel doet vele taken tegelijkertijd. Het controleert alle vrijwillige bewegingen, zoals spreken en lopen, en onvrijwillige bewegingen, zoals knipperen en ademen., Het is ook de kern van onze gedachten, percepties en emoties.

hoe beschermt het centrale zenuwstelsel zichzelf tegen letsel?

het centrale zenuwstelsel is beter beschermd dan enig ander systeem of orgaan in het lichaam. De belangrijkste verdedigingslinie is de botten van de schedel en de wervelkolom, die een harde fysieke barrière voor letsel te creëren. Een met vloeistof gevulde ruimte onder de botten, genaamd de syrnix, biedt schokabsorptie.

helaas kan deze bescherming een tweesnijdend zwaard zijn., Wanneer een verwonding aan het centrale zenuwstelsel optreedt, zwelt het zachte weefsel van de hersenen en het ruggenmerg op, waardoor druk wordt veroorzaakt door de beperkte ruimte. De zwelling maakt het letsel erger, tenzij het snel wordt verlicht. Gebroken botten kunnen leiden tot verdere schade en de mogelijkheid van infectie.

Waarom kan het centrale zenuwstelsel zichzelf niet herstellen na een verwonding?

veel organen en weefsels in het lichaam kunnen zonder tussenkomst na een verwonding herstellen. Helaas zijn sommige cellen van het centrale zenuwstelsel zo gespecialiseerd dat ze niet kunnen delen en nieuwe cellen kunnen creëren., Als gevolg daarvan is herstel van een hersenletsel of ruggenmergletsel veel moeilijker.

de complexiteit van het centrale zenuwstelsel maakt de vorming van de juiste verbindingen tussen hersenen en ruggenmergcellen zeer moeilijk. Het is een enorme uitdaging voor wetenschappers om het centrale zenuwstelsel na te bootsen dat bestond voor de verwonding.

cellen van het centrale zenuwstelsel

neuronen verbinden zich met elkaar om berichten in de hersenen en het ruggenmerg te verzenden en te ontvangen., Veel neuronen die samenwerken zijn verantwoordelijk voor elke beslissing die gemaakt wordt, elke emotie of sensatie die gevoeld wordt, en elke actie die ondernomen wordt.

de complexiteit van het centrale zenuwstelsel is verbazingwekkend: er zijn ongeveer 100 miljard neuronen in de hersenen en het ruggenmerg gecombineerd. Zo veel als 10.000 verschillende subtypes van neuronen zijn geà dentificeerd, elk gespecialiseerd om bepaalde soorten informatie te verzenden en te ontvangen. Elk neuron bestaat uit een cellichaam, dat de kern herbergt. Axonen en dendrieten vormen uitbreidingen van het cellichaam.,

astrocyten, een soort gliacel, zijn de primaire ondersteunende cellen van de hersenen en het ruggenmerg. Ze maken en scheiden eiwitten af die neurotrofe factoren worden genoemd. Ze breken ook af en verwijderen eiwitten of chemische stoffen die schadelijk kunnen zijn voor neuronen (bijvoorbeeld glutamaat, een neurotransmitter die overmatig zorgt ervoor dat cellen te opgewonden raken en sterven door een proces genaamd excitotoxiciteit).

astrocyten zijn niet altijd gunstig: na een blessure delen ze zich om nieuwe cellen aan te maken die de blessureplaats omringen, waardoor een gliale littekenvorming ontstaat die een barrière vormt voor het regenereren van axonen.,

Microglia zijn immuuncellen voor de hersenen. Na de verwonding migreren ze naar de plaats van de verwonding om dode en stervende cellen te helpen opruimen. Zij kunnen ook kleine molecules veroorzaken genoemd cytokines die cellen van het immuunsysteem teweegbrengen om aan de verwondingsplaats te antwoorden. Dit opschoonproces zal waarschijnlijk een belangrijke rol spelen bij het herstel van de functie na een dwarslaesie.

oligodendrocyten zijn gliacellen die een vetachtige stof aanmaken, myeline genaamd, die zich in lagen rond axonen wikkelt., Axon-vezels geïsoleerd door myeline kunnen elektrische berichten (ook wel actiepotentialen genoemd) dragen met een snelheid van 100 meter per seconde, terwijl vezels zonder myeline alleen berichten kunnen dragen met een snelheid van één meter per seconde.

synapsen en neurotransmissie

berichten worden van neuron naar neuron doorgegeven via synapsen, kleine openingen tussen de cellen, met behulp van chemische stoffen die neurotransmitters worden genoemd., Om een actiepotentiaalbericht over een synaps te verzenden, worden neurotransmittermoleculen van één neuron (het “pre-synaptische” neuron) over de kloof naar het volgende neuron (het “post-synaptische” neuron) vrijgegeven. Het proces gaat door totdat het bericht zijn bestemming bereikt.

Er zijn miljoenen en miljoenen verbindingen tussen neuronen in het ruggenmerg alleen. Deze verbindingen worden gemaakt tijdens de ontwikkeling, met behulp van positieve (neurotrofe factoren) en negatieve (remmende proteã nen) signalen om ze te fine-tunen. Verbazingwekkend genoeg kan een enkel axon synapsen vormen met maar liefst 1.000 andere neuronen.,

wat veroorzaakt verlamming?

Er is een logische en fysieke topografische organisatie voor de anatomie van het centrale zenuwstelsel, dat een uitgebreid web is van nauw verbonden zenuwbanen. Deze geordende relatie betekent dat verschillende segmentale niveaus van het koord verschillende dingen controleren, en letsel aan een bepaald deel van het koord zal een impact hebben op naburige delen van het lichaam.

verlamming treedt op wanneer de communicatie tussen de hersenen en het ruggenmerg faalt. Dit kan het gevolg zijn van letsel aan neuronen in de hersenen (een beroerte), of in het ruggenmerg., Trauma aan het ruggenmerg beïnvloedt alleen de gebieden onder het niveau van de verwonding. Echter, poliomyelitis (een virale infectie) of de ziekte van Lou Gehrig (amyotrofe laterale sclerose, of ALS) kan invloed hebben op neuronen in het hele ruggenmerg.

de informatiewegen

gespecialiseerde neuronen dragen boodschappen van de huid, spieren, gewrichten en inwendige organen naar het ruggenmerg over pijn, temperatuur, aanraking, trillingen en proprioceptie. Deze berichten worden dan doorgegeven aan de hersenen langs een van de twee wegen: de spinothalmische tractus en de lemniscale weg., Deze wegen bevinden zich op verschillende plaatsen in het ruggenmerg, dus een verwonding kan hen niet op dezelfde manier of in dezelfde mate beïnvloeden.

elk segment van het ruggenmerg ontvangt sensorische input uit een bepaald gebied van het lichaam. Wetenschappers hebben deze gebieden in kaart gebracht en de “ontvankelijke” velden bepaald voor elk niveau van het ruggenmerg. Aangrenzende velden overlappen elkaar, dus de lijnen op het diagram zijn bij benadering.

vrijwillige en onvrijwillige beweging

meer dan een miljoen axonen reizen door het ruggenmerg, waaronder de langste axonen in het centrale zenuwstelsel.,

neuronen in de motorische cortex, het gebied van de hersenen dat vrijwillige beweging controleert, sturen hun axonen door het corticospinale kanaal om verbinding te maken met motorische neuronen in het ruggenmerg. De spinale motorische neuronen projecteren vanuit het koord naar de juiste spieren via de ventrale wortel. Deze verbindingen regelen bewuste bewegingen, zoals schrijven en hardlopen.

informatie stroomt ook in de tegenovergestelde richting, wat resulteert in onvrijwillige beweging. Sensorische neuronen geven feedback aan de hersenen via de dorsale wortel., Sommige van deze zintuiglijke informatie wordt direct overgebracht naar lagere motorneuronen voordat het de hersenen bereikt, resulterend in onvrijwillige, of reflexbewegingen. De resterende zintuiglijke informatie gaat terug naar de cortex.

hoe het ruggenmerg en de spieren samenwerken

het ruggenmerg is verdeeld in vijf secties: de cervicale, thoracale, lumbale, sacrale en coccygeale regio ‘ s. Het niveau van de verwonding bepaalt de mate van verlamming en/of verlies van gevoel. Geen twee verwondingen zijn hetzelfde.,

Dit diagram illustreert de verbanden tussen de belangrijkste skeletspiergroepen en elk niveau van het ruggenmerg. Een soortgelijke organisatie bestaat voor de spinale controle van de inwendige organen.

hoe het ruggenmerg en de inwendige organen samenwerken

naast de controle van vrijwillige beweging, bevat het centrale zenuwstelsel de sympathische en parasympathische routes die de “vecht-of vluchtreactie” op gevaar en regulatie van lichaamsfuncties regelen., Deze omvatten hormoonafgifte, beweging van voedsel door de maag en darmen, en de sensaties van en spiercontrole aan alle interne organen.

Dit diagram illustreert deze routes en het niveau van het ruggenmerg dat naar elk orgaan projecteert.

Wat gebeurt er na een ruggenmergletsel?

een veel voorkomende reeks biologische gebeurtenissen vindt plaats na ruggenmergletsel:

1. cellen van het immuunsysteem migreren naar de plaats van de verwonding, waardoor extra schade wordt toegebracht aan sommige neuronen en de dood van andere die het initiële trauma overleefden.,
2. de dood van oligodendrocyten zorgt ervoor dat axonen hun myelinatie verliezen, wat de geleiding van actiepotentiaal, berichten sterk belemmert, of de resterende verbindingen onbruikbaar maakt. De neuronale informatiesnelweg wordt verder verstoord omdat veel axonen worden doorgesneden, waardoor de communicatielijnen tussen de hersenen en spieren en tussen de zintuiglijke systemen van het lichaam en de hersenen worden afgesneden.
3. binnen enkele weken na de eerste verwonding is het weefselgebied verwijderd door microglia en blijft een met vloeistof gevulde holte, omringd door een glialitteken, achter., De Molecules die regrowth van afgesneden axons remmen worden nu uitgedrukt op deze plaats. De cavitatie wordt een syrinx genoemd, die fungeert als een barrière voor het opnieuw aansluiten van de twee zijden van het beschadigde ruggenmerg.

hoewel ruggenmergletsel complexe schade veroorzaakt, kan een verrassende hoeveelheid van de basiscircuits om beweging en procesinformatie te controleren intact blijven. Dit komt omdat het ruggenmerg is gerangschikt in lagen van Circuits. Veel verbindingen en neuronale cellichamen die dit circuit boven en onder de plaats van verwonding vormen overleven het trauma., Een belangrijke vraag voor wetenschappers is, hoeveel weten deze overlevende neuronen”?”Kunnen ze regenereren en nieuwe, correcte verbindingen maken?

interventiestrategieën

onderzoek wijst op een veelheid van mogelijke interventies om herstel van een ruggenmergletsel te bevorderen. Sommige zouden onmiddellijk na de blessure worden geleverd; andere zijn minder tijdgebonden en omvatten het opnieuw opbouwen en aansluiten van de gewonde koord., Het is duidelijk dat beide benaderingen belangrijk zijn: het beperken van degeneratie zal de kans op meer herstel vergroten, terwijl het stimuleren van regeneratie zal voortbouwen op het resterende systeem om verloren connectiviteit te herstellen en misschien om verdere degeneratie te voorkomen.

hieronder volgen enkele van de interventiestrategieën die worden ondersteund door financiering van de Christopher & Dana Reeve Foundation. Dit is geen volledige lijst van alle mogelijke interventies.,

behandelingen onmiddellijk na een ongeval:

1. limiterende initiële degeneratie
   Recent onderzoek heeft aangetoond dat er ten minste drie verschillende mechanismen van celdood spelen bij verlies van neuronen en oligodendrocyten na letsel: necrose, excitotoxiciteit en apoptose.
2. behandeling van ontstekingen
   kort na de verwonding zwelt het ruggenmerg op en vallen eiwitten van het immuunsysteem de gewonde zone binnen. Deze zwelling en ontsteking kan secundaire schade aan de navelstreng te bevorderen na de eerste verwonding., Het is dus belangrijk om de ontstekingsreactie zo snel mogelijk te behandelen. Labs die deze aanpak volgen, zijn onder andere het Schwab Lab.

behandeling op langere termijn:

1. stimuleren van de axonale groei
   zenuwmeststoffen genaamd neurotrofinen kunnen de overleving van cellen bevorderen door apoptose te blokkeren en de axonale groei te stimuleren. Elke neurotrophin heeft een zeer specifieke doelcelfunctie. Sommigen verhinderen selectief de dood van de oligodendrocytecel, anderen bevorderen axon regrowth of neuronoverleving, en nog anderen dienen veelvoudige functies., Labs die deze aanpak nastreven, zijn het zwarte Lab en het Parada Lab.
2. bevordering van nieuwe groei door middel van substraat-of geleidingsmoleculen
   substraat-en geleidingsmoleculen kunnen het richten verbeteren zodra axonen zijn aangemoedigd om voorbij de laesieplaats te regenereren. Deze proteã nen doen dienst als wegenkaarten, die axonen aan hun correcte doelstellingen leiden. Dit is een kritieke functie, want zelfs als axonen overleven, moeten ze zich opnieuw verbinden met de juiste doelen. Labs die deze aanpak volgen zijn het zwarte Lab, het Mendell Lab en het Parada Lab.,
3. blokkerende moleculen die de regeneratie remmen
   er zijn moleculen in de hersenen en het ruggenmerg die voorkomen dat neuronen zich delen en axonen groeien. Het overwinnen van remming kan axonale regrowth en regeneratie stimuleren en is waarschijnlijk een belangrijk onderdeel van regeneratieve therapieën. Het Schwab Lab volgt deze aanpak.
4. het leveren van nieuwe cellen om verloren cellen te vervangen
   stamcellen, die geïsoleerd zijn van het CZS en zich kunnen delen om nieuwe cellen te vormen, kunnen verloren neuronen en gila vervangen., Deze stamcellen moeten worden geoogst, behandeld om de groei aan te moedigen, en vervolgens geïnjecteerd in de gewonde navelstreng. Labs die zo ‘ n aanpak nastreven, zijn het Bunge Lab en het Gage Lab.
5. bruggen bouwen om de laesieholte over te spannen
   bruggen kunnen nodig zijn om de afgehakte delen van het gewonde ruggenmerg opnieuw met elkaar te verbinden. Wetenschappers moeten bepalen hoe deze bruggen het best kunnen worden gebouwd en welke moleculen moeten worden gebruikt om nieuwe groei aan te moedigen en de overleving van nieuwe verbindingen te verbeteren. Het Bunge Lab volgt deze aanpak.