Hur fungerar ryggmärgen

vad är centrala nervsystemet?

centrala nervsystemet (CNS) kontrollerar de flesta funktionerna i kropp och själ. Den består av två delar: hjärnan och ryggmärgen.

hjärnan är centrum för våra tankar, tolken av vår yttre miljö och ursprunget till kontrollen över kroppsrörelsen. Som en central dator tolkar den information från våra ögon (syn), öron (ljud), näsa (lukt), tunga (smak) och hud (beröring) samt från inre organ som magen.,

ryggmärgen är motorvägen för kommunikation mellan kroppen och hjärnan. När ryggmärgen skadas störs informationsutbytet mellan hjärnan och andra delar av kroppen.

hur skiljer sig centrala nervsystemet från andra system i kroppen?

de flesta system och organ i kroppen kontrollerar bara en funktion, men centrala nervsystemet gör många jobb samtidigt. Det styr alla frivilliga rörelser, såsom tal och promenader, och ofrivilliga rörelser, såsom blinkande och andning., Det är också kärnan i våra tankar, uppfattningar och känslor.

Hur skyddar centrala nervsystemet sig mot skador?

det centrala nervsystemet är bättre skyddat än något annat system eller organ i kroppen. Dess huvudsakliga försvarslinje är benen i skallen och ryggraden, vilket skapar en hård fysisk barriär mot skada. Ett vätskefyllt utrymme under benen, som kallas syrnix, ger stötdämpning.

tyvärr kan detta skydd vara ett tveeggat svärd., När en skada på centrala nervsystemet uppträder sväller mjukvävnaden i hjärnan och ryggmärgen, vilket orsakar tryck på grund av det begränsade utrymmet. Svullnaden gör skadan värre om den inte snabbt lättas. Brutna ben kan leda till ytterligare skador och risken för infektion.

Varför kan inte centrala nervsystemet reparera sig själv efter skada?

många organ och vävnader i kroppen kan återhämta sig efter skada utan ingrepp. Tyvärr är vissa celler i centrala nervsystemet så specialiserade att de inte kan dela upp och skapa nya celler., Som ett resultat är återhämtning från en hjärna eller ryggmärgsskada mycket svårare.

komplexiteten i det centrala nervsystemet gör bildandet av de rätta förbindelserna mellan hjärnan och ryggmärgsceller mycket svårt. Det är en stor utmaning för forskare att återskapa det centrala nervsystemet som fanns före skadan.

celler i centrala nervsystemet

neuroner ansluter till varandra för att skicka och ta emot meddelanden i hjärnan och ryggmärgen., Många nervceller som arbetar tillsammans är ansvariga för varje beslut som fattas, varje känsla eller känsla kände, och varje åtgärd som vidtas.

komplexiteten i det centrala nervsystemet är häpnadsväckande: det finns cirka 100 miljarder nervceller i hjärnan och ryggmärgen i kombination. Så många som 10 000 olika subtyper av neuroner har identifierats, var och en specialiserad för att skicka och ta emot vissa typer av information. Varje neuron består av en cellkropp, som rymmer kärnan. Axoner och dendriter bildar förlängningar från cellkroppen.,

astrocyter, en slags glialcell, är de primära stödcellerna i hjärnan och ryggmärgen. De gör och utsöndrar proteiner som kallas neurotrofa faktorer. De bryter också ner och tar bort proteiner eller kemikalier som kan vara skadliga för neuroner (till exempel glutamat, en neurotransmittor som i överskott orsakar att celler blir överexciterade och dör av en process som kallas excitotoxicitet).

astrocyter är inte alltid fördelaktiga: efter skada delar de sig för att skapa nya celler som omger skadestället och bildar ett glialärr som är ett hinder för att regenerera axoner.,

Microglia är immunceller för hjärnan. Efter skada migrerar de till skadestället för att hjälpa till att rensa bort döda och döende celler. De kan också producera små molekyler som kallas cytokiner som utlöser celler i immunsystemet för att reagera på skadestället. Denna saneringsprocess kommer sannolikt att spela en viktig roll vid återhämtning av funktion efter ryggmärgsskada.

oligodendrocyter är glialceller som producerar ett fettämne som kallas myelin som sveper runt axoner i lager., Axonfibrer isolerade av myelin kan bära elektriska meddelanden (även kallade aktionspotentialer) med en hastighet av 100 meter per sekund, medan fibrer utan myelin endast kan bära meddelanden med en hastighet av en meter per sekund.

synapser och neurotransmission

meddelanden skickas från neuron till neuron genom synapser, små luckor mellan cellerna, med hjälp av kemikalier som kallas neurotransmittorer., För att överföra ett aktionspotentialmeddelande över en synaps frigörs neurotransmittormolekyler från en neuron (den” presynaptiska ”neuron) över klyftan till nästa neuron (den” postsynaptiska ” neuron). Processen fortsätter tills meddelandet når sin destination.

det finns miljontals kopplingar mellan neuroner i ryggmärgen ensam. Dessa anslutningar görs under utveckling, med hjälp av positiva (neurotrofa faktorer) och negativa (hämmande proteiner) signaler för att finjustera dem. Otroligt, en enda axon kan bilda synapser med så många som 1000 andra neuroner.,

Vad orsakar förlamning?

det finns en logisk och fysisk topografisk organisation till anatomin i centrala nervsystemet, vilket är en utarbetad bana av nära anslutna neurala vägar. Detta beställda förhållande innebär att olika segmentnivåer i sladden styr olika saker, och skada på en viss del av sladden kommer att påverka närliggande delar av kroppen.

förlamning uppstår när kommunikationen mellan hjärnan och ryggmärgen misslyckas. Detta kan bero på skada på neuroner i hjärnan (en stroke) eller i ryggmärgen., Trauma mot ryggmärgen påverkar endast områdena under skadans nivå. Poliomyelit (en virusinfektion) eller Lou Gehrigs sjukdom (amyotrofisk lateralskleros eller ALS) kan emellertid påverka neuroner i hela ryggmärgen.

informationsvägarna

specialiserade neuroner bär meddelanden från hud, muskler, leder och inre organ till ryggmärgen om smärta, temperatur, beröring, vibration och proprioception. Dessa meddelanden vidarebefordras sedan till hjärnan längs en av två vägar: spinotalmiska kanalen och lemniskala vägen., Dessa vägar är på olika platser i ryggmärgen, så en skada kan inte påverka dem på samma sätt eller i samma grad.

varje segment av ryggmärgen tar emot sensorisk ingång från en viss del av kroppen. Forskare har kartlagt dessa områden och bestämt de ”mottagliga” fälten för varje nivå i ryggmärgen. Närliggande fält överlappar varandra, så linjerna på diagrammet är ungefärliga.

frivillig och ofrivillig rörelse

över en miljon axoner färdas genom ryggmärgen, inklusive de längsta axonerna i centrala nervsystemet.,

neuroner i motorbarken, hjärnans område som styr frivillig rörelse, skickar sina axoner genom kortikospinalkanalen för att ansluta till motorneuroner i ryggmärgen. Spinalmotorneuronerna projicerar ut ur sladden till rätt muskler via ventralroten. Dessa anslutningar styr medvetna rörelser, till exempel skrivning och körning.

Information strömmar också i motsatt riktning vilket resulterar i ofrivillig rörelse. Sensoriska neuroner ger feedback till hjärnan via dorsalroten., En del av denna sensoriska information förmedlas direkt till lägre motoriska neuroner innan den når hjärnan, vilket resulterar i ofrivilliga eller reflexrörelser. Den återstående sensoriska informationen färdas tillbaka till cortex.

hur ryggmärgen och musklerna fungerar tillsammans

ryggmärgen är uppdelad i fem sektioner: livmoderhals -, bröst -, länd -, sakrala och coccygeala regioner. Nivån av skada bestämmer omfattningen av förlamning och/eller förlust av känsla. Inga två skador är likadana.,

detta diagram illustrerar kopplingarna mellan de stora skelettmuskelgrupperna och varje nivå i ryggmärgen. En liknande organisation finns för ryggradskontrollen av de inre organen.

hur ryggmärgen och inre organ fungerar tillsammans

förutom kontroll av frivillig rörelse innehåller centrala nervsystemet de sympatiska och parasympatiska vägarna som styr ”kamp eller flygning” – svaret på fara och reglering av kroppsliga funktioner., Dessa inkluderar hormonfrisättning, rörelse av mat genom mage och tarmar och känslorna från och muskelkontroll till alla inre organ.

detta diagram illustrerar dessa vägar och nivån på ryggmärgen som projicerar till varje organ.

vad händer efter ryggmärgsskada?

en gemensam uppsättning biologiska händelser sker efter ryggmärgsskada:

celler från immunsystemet migrerar till skadestället, vilket orsakar ytterligare skador på vissa neuroner och död för andra som överlevde det ursprungliga trauman.,
döden av oligodendrocyter orsakar axoner att förlora sin myelinering, vilket kraftigt försämrar ledningen av aktionspotential, meddelanden eller gör de återstående anslutningarna värdelösa. Den neuronala informationsvägen störs ytterligare eftersom många axoner är avskurna, skär av kommunikationslinjerna mellan hjärnan och musklerna och mellan kroppens sensoriska system och hjärnan.
inom flera veckor efter den första skadan har området för vävnadsskada rensats bort av mikroglia och en vätskefylld hålighet omgiven av en glialärr är kvar., Molekyler som hämmar återväxt av avskurna axoner uttrycks nu på denna plats. Kavitationen kallas en syrinx, som fungerar som en barriär mot återanslutningen av de två sidorna av den skadade ryggmärgen.

även om ryggmärgsskada orsakar komplex skada, kan en överraskande mängd av de grundläggande kretsarna för att kontrollera rörelse och processinformation förbli intakt. Detta beror på att ryggmärgen är ordnad i lager av kretsar. Många av anslutningarna och neuronala cellkroppar som bildar denna krets över och under skadestället överlever trauman., En viktig fråga för forskare är, hur mycket vet dessa överlevande neuroner”?”Kan de regenerera och göra Nya, korrekta anslutningar?

interventionsstrategier

forskning pekar på en mångfald möjliga insatser för att främja återhämtning från en ryggmärgsskada. Vissa skulle levereras omedelbart efter skadan; andra är mindre tidsspecifika och innebär att återuppbygga och återansluta den skadade sladden., Det är uppenbart att båda tillvägagångssätten är viktiga: begränsande degeneration kommer att öka sannolikheten för större återhämtning, medan stimulerande regenerering kommer att bygga på det återstående systemet för att återställa förlorad anslutning och kanske för att förhindra ytterligare degeneration.

Följande är några av de interventionsstrategier som stöds genom finansiering från Christopher & Dana Reeve Foundation. Detta är inte en omfattande lista över alla möjliga ingripanden.,

behandlingar omedelbart efter en olycka:

begränsande initial degeneration
ny forskning har visat att det finns minst tre olika mekanismer för celldöd i spel i neuronal och oligodendrocyt förlust efter skada: nekros, excitotoxicitet och apoptos.
behandling av inflammation
strax efter skada sväller ryggmärgen och proteiner från immunsystemet invaderar den skadade zonen. Denna svullnad och inflammation kan främja sekundär skada på sladden efter den första skadan., Så det är viktigt att behandla det inflammatoriska svaret så snabbt som möjligt. Laboratorier som arbetar med detta tillvägagångssätt inkluderar Schwab-labbet.

långsiktiga behandlingar:

stimulerande axonal tillväxt
Nervgödselmedel som kallas neurotrofiner kan främja cellöverlevnad genom att blockera apoptos och stimulera axonal tillväxt. Varje neurotrofin har en mycket specifik målcellsfunktion. Vissa förhindrar selektivt oligodendrocytcelldöd, andra främjar axonåterväxt eller neuronöverlevnad, och andra tjänar fortfarande flera funktioner., Laboratorier som bedriver detta tillvägagångssätt inkluderar Black Lab och Parada Lab.
främja ny tillväxt genom substrat eller vägledning molekyler
substrat och vägledning molekyler kan förbättra inriktningen när axoner har uppmuntrats att regenerera förbi lesionsstället. Dessa proteiner fungerar som färdplaner, styr axoner till sina korrekta mål. Detta är en kritisk funktion eftersom även om axoner överlever, måste de återansluta med rätt mål. Laboratorier som bedriver detta tillvägagångssätt inkluderar Black Lab, Mendell Lab och Parada Lab.,
blockerande molekyler som hämmar regenerering
det finns molekyler i hjärnan och ryggmärgen som hindrar neuroner från att dela och axoner från att växa. Att övervinna hämning kan stimulera axonal återväxt och regenerering och kommer sannolikt att vara en viktig del av regenerativa terapier. Schwablabbet följer detta tillvägagångssätt.
levererar nya celler för att ersätta förlorade
stamceller, som är isolerade från CNS och kan dela för att bilda nya celler, kan ersätta förlorade neuroner och gila., Dessa stamceller måste skördas, behandlas för att uppmuntra tillväxt och injiceras sedan i den skadade sladden. Laboratorier som bedriver ett sådant tillvägagångssätt inkluderar Bungelabbet och Gagelabbet.
bygga broar för att spänna lesionshålan
broar kan behövas för att återansluta de avskurna delarna av den skadade ryggmärgen. Forskare måste bestämma hur man bäst kan bygga dessa broar och vilka molekyler som ska användas för att uppmuntra ny tillväxt och förbättra överlevnaden av nya anslutningar. Bungelabbet följer detta tillvägagångssätt.