5. Entwicklungsneurophysiologie & Altern Flashcards
Sechs Stadien der Entwicklung im Nervensystem
● Wachstum, Differenzierung und Absterben von Nervenzellen und Synapsen sind Mechanismen neuronaler Modifikation in der Entwicklung. 6 solche Entwicklungsschritte des ZNS lassen sich unterscheiden:
- Neurogenese: Zellteilung in der Mitose (erste 18 Wochen)
- Zellmigration: Nervenzellen wandern an ihre Bestimmungsorte und bilden Hirnkerne (7.-
- Woche)
- Differenzierung in verschiedene Neuronentypen (die ersten 27 Wochen)
- Synaptogenese: Bildung synaptischer Verbindungen an Axonen und Dendriten (5. Monat
vor bis 1 Jahr nach Geburt) - Neuronaler Zelltod: selektives Absterben (überflüssiger) Nervenzellen (ab 1.-2. Lebensjahr),
Neubildung und selektiver Verlust von Synapsen - Myelogenese (Bildung von Myelin)
Chemoaffinitätshypothese:
prä- und postnatales Wachstum von Dendriten, Axonen und Synapsen wird von chemotropen Faktoren der Zielzellen angezogen
Wie im erwachsenen Gehirn, so finden Axone, Dendriten und Synapsen im sich entwickelnden Gehirn ihre Zielareale und Zielzellen unter dem Einfluss von Chemoaffinität und genetischen Steuermechanismen unter dem Einfluss umweltabhängiger Aktivitätsmuster.
Pruning =
stutzung, Zuschneiden von Synpasen → nur Verbindungen, die an der Bildung & Aufrechterhaltung eines Zellensembles teilnehmen, überleben
Hebb’schem Prinzip:
simultane elektrische Aktivität erhält die funktionellen Netzwerke. Was nicht gleichzeitig aktiv ist, wird eliminiert
→ Bsp.Pruning:
Kleinstkinder lernen im 1. Lebensjahr ohne Vorerfahrung, Sprachlaute aus vielen Sprachen zu unterscheiden → durch Benutzung der Muttersprache wieder verlernt
Zelltod (Apoptose) und synaptisches Überleben
● Sowohl unter genetischem Einfluss, aber vor allem unter dem Einfluss der Stimulation aus der Umwelt sterben große Teile von Zellen und Synapsen in der Entwicklung ab und begünstigen damit die Eliminierung »überflüssiger« Verbindungen. Das Absterben (Apoptose) wird durch Neurotrophine verhindert, die unter genetischem Einfluss stehen und aktivitätsabhängig produziert werden.
● Der Prägung liegen ähnliche zelluläre Vorgänge in den betroffenen Hirnregionen wie anderen Formen des Langzeitgedächtnisses auch zugrunde. Die Prädisposition (Empfindlichkeit in einer bestimmten Entwicklungsphase) hängt nicht nur von vererbten Eigenschaften, sondern auch von bevorzugter Reizung in einem bestimmten Zeitabschnitt und dem motivationalen Zustand des Organismus und dem Schlafverhalten ab.
Degeneration und Regeneration
● Nach Verletzung von Nervengewebe kommt es bei größeren Läsionen zu Zerstörung auch des umgebenden Gewebes durch Hypererregung und Anstieg von Glutamat in den toxischen Bereich. Bei Zerstörung einzelner Fasern können verschiedene Formen reaktiver Synaptogenese und Degeneration auftreten, die sowohl adaptive wie negative Folgen für Lernen und Verhalten haben.
→ retrograde Degeneration bei Verletzung nah am Zellkörper
→ transneuronale Degeneration = stirbt verletztes Neuron, degeneriert auch die Zielzelle → anterograde Degeneration u./o. kollaterales sprouting u. reaktive Synaptogenese,
wenn Verletzung weiter vom Zellkörper weg
● Grundlage jedes Lernprozesses ist die Veränderung der synaptischen Plastizität in den
beteiligten Hirnregionen. Diese kann mit Aktivierung stiller Verbindungen, Demaskierung (Aufhebung) hemmender Verbindungen, Erhöhung der Transmitterausschüttung und der synaptischen Dichte einhergehen.
Hirnentwicklung und Verhalten
Der Zeitpunkt des Maximums ist die Latenz! Die Höhe/Ausprägung ist die Amplitude!
- Mismatch-Negativität tritt bereits vor der Geburt mit einer Latenz von 200 ms (normal 100- 250ms) auf Unterschiede im phonetischen Material auf (z.B. “pa” vs. “ba”)
Physiologie & kognitive Entwicklung
● Altern ist biologisch nicht notwendig und nicht programmiert, sondern das Ergebnis
permanenter (Zell-)Schädigungen, die langfristig nicht ausreichend kompensiert und/oder
repariert werden.
● Die mittlere Lebenserwartung des Menschen hängt sehr stark von seinen
Lebensumständen ab. Derzeit ist sie in den hochindustriellen Ländern mit guter medizinischer Versorgung der Gesamtbevölkerung am längsten. Die maximale Lebenspanne des Menschen ist größer als 122 Jahre. Ihr Grenzwert ist unbekannt.
Zelluläre und molekulare Ursachen des Alterns
● alle Zellen haben antioxidative Schutzmechanismen zur Kontrolle d. ROS-Spiegels
● Superoxiddismutase baut Superoxidradikale ab
a) Enzyme, die ROS (reactive oxygen species) katalytisch abbauen
b) Eiweiße und andere Moleküle (z.B. Vitamin C & E dienen als Radikalfänger)
● Je weniger freie Sauerstoffradikale im Gewebe, desto länger Leben
● artspezifische Stoffwechselrate = SMR in Säugetierleber (s. Abb.)
● weitere Reparatursysteme (außer antioxidative
Schutzmechanismen) machen eingetretene Schäden rückgängig
a) Abbau geschädigter Eiweiße (Protein-Turn- over)
b) DNA-Reparaturenzyme
Altern & Autophagie
● Altern ist eine Folge oxidativer und nichtoxidativer Zellschädigungen, die nur teilweise durch antioxidative Schutzmechanismen und durch Eiweiß- und DNA-Reparatursysteme verhindert bzw. behoben werden. Eine Folge dieser Prozesse ist die Akkumulation des Alterspigments Lipofuszin, das seinerseits die Zellalterung weiter beschleunigt.
- hochreaktive Sauerstoffverbindungen (ROS) verursachen häufig Schäden (Altern) = oxidativer Stress
● Anhäufung reaktiver Sauerstoffverbindungen, Telomerverlust und Abnahme des zellulären Recycling durch Autophagie verkürzen die Lebensspanne und fördern Tumorwachstum.
→ Autophagie = Selbstverdauung der Zellbestandteile
→ geringe Nahrungsaufnahme hat günstige Wirkung auf Autophagie
Organ- und Funktionsbeeinträchtigungen durch Alter und Krankheit
● Menschliches Altern ist von großer intra- und interindivideller Variabilität geprägt, wobei insgesamt die Wahrscheinlichkeit multimorbider chronischer Erkrankungen im Alter exponentiell zunimmt. Die individuelle Lebensspanne kann allerdings durch Optimierung von Lebensstil und -form deutlich verlängert und die Lebensqualität bis kurz vor dem Tod frei von Behinderung und Pflegeabhängigkeit gehalten werden.
Kognitives und motorisches Altern: Gesundheitsstatus alter Menschen
● Die meisten der universell gefundenen Altersabfälle in Intelligenz, Problemlösen, Gedächtnis, Reaktionsgeschwindigkeit und -genauigkeit sind sekundäre Folgen von externen Drittfaktoren und nicht altersinhärent.
● Die kognitiven Leistungseinbußen und emotionalen Probleme im Alter sind kleiner, die körperlichen Einbußen größer als erwartet.
