Neuro - socialisten

Question 1

EMBRYOLOGI: Utgå från de tre hjärnblåsorna och beskriv översiktligt hur cortex cerebri bildas under fosterlivet. Nervcellernas ursprung och hur de är organiserade i olika lamina bör också beaktas. (090227ORD, 4p)

Answer 1

Question 2

CORTEX: Cortex indelas anatomiskt i olika lober. Vilka funktioner kontrolleras framförallt inom de respektive loberna och vilka anatomiska landmärken utgör gräns mellan de olika loberna? (Lobernas namn anges både på svenska och latin och markeras på bilden nedan). (090227ORD, 5p)

Answer 2

• Lobus frontalis (frontallob) dx et sn
• Lobus parietalis (parietallob) dx et sn
• Lobus occipitalis (occipitallob) dx et sn
• Lobus temporalis (temporallob) dx et sn

Avgränsningar utgörs av s.k. fåror (lat. Sulci), som bildas mellan vindlingar (lat. Gyri), vilka bägge är en del av hjärnans veckning som bildats för att öka hjärnans totala area. De två Sulci som är viktigast är Sulcus centralis mellan Lobus frontalis et Parietalis samt Sulcus lateralis mellan Lobus temporalis och Lobi frontalis et parietalis.

Question 3

EMBRYOLOGI: De celler som kommer att ge upphov till nervsystemet ger sig till känna tidigt under embryologin. Utvecklingen från neuroektoderm till ett moget nervsystem involverar givetvis många olika processer. Den spatiala och temporala regleringen av olika grupper av gener spelar en helt avgörande roll för nervsystemets utveckling. Regleringen sköts i stor utsträckning av endogena signaleringsmolekyler som utsöndras från en distinkt embryonal celltyp eller vävnad och har sin verkan på en intilliggande celltyp eller vävnad.

a) Ge exempel på åtminstone två stycken endogena signaleringsmolekyler som spelar en central roll för nervsystemets tidiga utveckling. (100326ORD, 2p)
b) Det finns ett antal embryonala strukturer som utsöndrar endogena signaleringsmolekyler och därigenom dirigerar nervsystemets fortsatta utveckling. Ge exempel på två sådana strukturer. (100326ORD, 2p)
c) Nervsystemet är under sin utveckling mycket sårbart, – detta i kombination med de potenta signaleringsmolekylerna gör att det finns flera olika missbildningar och sjukdomar i nervsystemet som kan kopplas till enskilda signaleringsmolekyler och deras signaleringsvägar. Ge exempel på en endogen signaleringsmolekyl och en sjukdom eller missbildning som den är associerad med. (100326ORD, 2p)

Answer 3

a)

• Bone Morphogenetic proteins (BMPs)
• Retinioidsyra (Retinoic Acid; RA)
• Fibroblast Growth Factor (FGF)
• Transforming Growth Factor (TGF)
• Sonic Hedgehog (Shh)
• Vertebrate homologues of the wingless gene of Drosophilia (Wnt)

b)

• Notochord
• Floorplate
• Roofplate
• Somiter
• Själva neuroektodermet

c)

• RA-signalering och neuralrörsanomalier (ex spina bifida) och nervcellsdifferentiering.
• Shh-signalering och holoprosencefali och medulloblastom.

Question 4

EMBRYOLOGI:
a) Vad heter de tre groddbladen och vilket av dessa kommer att ge upphov till neuralröret? (110329ORD, 1p)

b) Redogör för de tre primära hjärnblåsorna. (110329ORD, 2p)
c) Redogör även för de fem sekundära hjärnblåsorna och ange vilka delar av hjärnan respektive blåsa kommer att ge upphov till. (110329ORD, 3p)

Answer 4

a) Ektoderm (ger upphov till neuralröret), Mesoderm, Endoderm
b) Prosencephalon, Mesencephalon, Rhombencephalon
c) Telencephalon (Cerebral cortex, Basal ganglia, Hippocampus), Diencephalon (Dorsal thalamus, Hypothalamus), Mesencephalon (Midbrain), Metencephalon (Cerebellum, Pons), Myelencephalon (Medulla)

Question 5

EMBRYOLOGI: Beskriv den tidiga utvecklingen av nervsystemet med hjälp av schematiska teckningar. Förklara varifrån nervsystemet utvecklas och hur den tidiga anläggningen ser ut. Varifrån kommer hjärnan, ryggmärgen resp. PNSs nervceller? Ungefär hur gammalt är embryot när nervsystemet börjar anläggas? (4p, 5p)

Answer 5

Ca 18 dagar efter befruktningen, när embryot är ca 1 mm långt, anläggs nervsystemet. Signaler från det underliggande mesodermet till ektodermet determinerar ett område i ektodermet. Där bildas neuralplattan, som sedan ger upphov till neuralfåran och slutligen neuralröret, som är ett rör av neuroektoderm nedsänkt i mesodermet. Samtidigt som neuralröret isoleras kommer ett ektoderm längs dikets kanter att avsnöras och bilda strängar på båda sidorna om neuralröret i form av neurallisterna. Hjärnan kommer från den proximala delen av neuralröret som genomgår en serie utbuktningar och krökningar, först i form av det s.k. treblåsestadiet och därefter det sk. femblåsestadiet. Ryggmärgen bildas av den resterande delen av neuralröret. PNSs nervceller uppstår i huvudsak från neurallisten.

Question 6

EMBRYOLOGI: Vilken/vilka delar av neuralröret och celler/strukturer i dess närhet förknippar du med induktionen och differentieringen av neuralröret i en ventral (basal kolumn/platta) och en dorsal del (alar kolumn/platta)? (2p)

Answer 6

notochord, golv (floor)- och tak (roof)-plattorna, “marginalcellerna” i det epidermala (ickeneuronala) ektodermet eller motsvarande svar. Initialt notochord och marginalceller, därefter tak- och golvplattans celler.

Question 7

EMBRYOLOGI: Vilken typ av funktion associerar du i första hand basal- respektive alar-plattan med? (1p)

Answer 7

motorik respektive sensorik.

Question 8

EMBRYOLOGI: Vilken genfamilj antas ha stor betydelse för utvecklingen/differentieringen av alarplattan? (1p)

Answer 8

generna som kodar för BMPs (bone-morphogenic proteins; genfamilj inom TGF’s storfamilj).

Question 9

EMBRYOLOGI: Nämn någon missbildning som orsakas av fel/brister i slutningen av neuralröret! (1p)

Answer 9

t.ex. Spina bifida (meningo-myelocele/myelocele), Anencephali.

Question 10

JONKANAL: Redogör kortfattat för vilken typ av molekyl jonkanaler består av och ange den molekylära uppbyggnaden av jonkanaler. (2p; 2p)

Answer 10

Jonkanaler är uppbyggda av proteiner (glyko-) ofta bestående av en eller flera subenheter (molekylvikt 25 000 till 250 000 D). De delar som ligger i lipidfasen är hydrofoba, medan de delar som ligger mot extra- respektive intracellulärvätskan är hydrofila. Den intramembranösa delen av kanalen är uppbyggd av s.k. transmembranös helix medan de delar som vetter mot vätskefaserna består av hydrofila aminosyreloopar.

Question 11

JONKANAL: Ange de två drivande krafter som får joner att passera genom jonkanaler (1p; 1p)

Answer 11

Kraften p.g.a. koncentrationsgradienten dvs. skillnaden i jonkoncentration mellan de två sidorna av membranen samt den elektriska kraften dvs. spänningsskillnaden mellan membransidorna.

Question 12

JONKANAL: Redogör för hur jonkanaler selekterar bland olika jonslag, samt vilka faktorer som bestämmer jonflödets riktning genom en jonkanal. (111103ORD, 2p)

Answer 12

Vid den extracellulära delen av jonkanalen finns ett selektionsfilter som består av laddade aminosyror. Genom deras laddning och distans mellan varandra kan bara en viss typ av joner interagera med dessa aminosyror och förlora sina vattenmolekyler. Denna interaktion är stark och enbart joner som passar in kan flöda genom kanalen.

Question 13

JONKANAL: Vilka jonkanaler involveras i generering av en aktionspotential och på vilka sätt aktiveras de? (1p)

Answer 13

Na+- och K+-kanaler, bägge spänningskänsliga (dvs. de aktiveras som svar på depolarisering).

Question 14

JONKANAL KATEGORISERING: a) Beskriv hur de två jonkanalklasserna “icke-gatade” och “gatade” fungerar, samt deras respektive funktionella roll i nervcellen. (111103ORD, 2p)

Answer 14

• Icke-gatade kanaler är alltid öppna och kallas också läckkanaler. Dessa kanaler är viktiga för att sätta vilomembranpotentialen. De är permeabla för K+och till en mindre del för Na+.
• Gatade kanaler är jonkanaler som öppnas och stängs som svar på viss stimuli. Beroende på stimulus delas dessa kanaler in i olika kategorier:
  • Spänningskänsliga kanaler som känner av förändringar i membranpotentialen
  • Ligand-gatade kanaler som aktiveras extracellulärt av en transmittorsubstans eller intracellulärt av en cyklisk nukleotid (ex cAMP, cGMP)
  • 2nd messenger-gatade kanaler som aktiveras genom forsforylering
  • Sträck- eller mekano-gatade kanaler som känner av tryck på membranet.

Question 15

JONKANAL ICKE-REGLERADE: Ge ett exempel på en icke-reglerad kanal och ange en viktig funktion för denna. Förklara mekanismen för det generella “fenomen” som kanalen och dess permeabilitet ger upphov till. (3p)

Answer 15

K+-läckkanal: K+-joner vill diffundera ut ur cellen med koncentrationsgradienten (ca 30 ggr mer K+ på insidan); detta motverkas av attraktionen mellan K+ på utsidan och negativa laddningar på insidan. Storleken på denna attraktionskraft = EK = RT/zF In Ko/Ki (Nernsts formel; behöver inte anges).

Normalt är vilomembranpotentialen mer positiv än EK (pga. viss Na+-permeabilitet)

Question 16

JONKANAL REGLERADE: Reglerade kanaler kan delas in i tre huvudklasser. En klass är spänningsreglerade kanaler (voltage-gated) som är ansvariga för bl.a. aktionspotentialen (för en gångs skull frågar vi inte om denna). En annan klass är kemiskt reglerade kanaler där man kan urskilja direkt reglerade och sådana som regleras av second messengers. Den tredje typen av kanal och dess egenskaper är basen för funktionen hos t.ex. tryck- och beröringsreceptorer i huden. Vilken kanaltyp avses? (1p)

Answer 16

Mekaniskt reglerade kanaler (stretch-activated channels)

Question 17

JONKANAL REGLERADE: Ge minst fem exempel på sinnesorgan/system där Mekaniskt reglerade kanaler (stretch-activated channels) utgör “hjärtat” i funktionen. (2p

Answer 17

Muskelspolen, Golgis senorgan, ledreceptorer, hårceller i cochlea, hårceller i hinnsäckar och båggångar, baroreceptorer i aorta, tänjningsreceptorer i mag-tarmkanaler, tänjningsreceptorer i urinblåsan, tänjningsreceptorer i lungorna m m, m m

Question 18

JONKANAL REGLERADE: Aktivitet hos Mekaniskt reglerade kanaler (stretch-activated channels) ger upphov till en receptorpotential. Förklara hur receptorpotentialen ger upphov till aktionspotentialer i en afferent nervtråd från huden. (2p)

Answer 18

Tryck/beröring öppnar mekanokänsliga kanaler, Na+ strömmar in, vilket ger depolarisering (receptorpotential), depolariseringen sprids elektrotont till den närbelägna noden där spänningskänsliga Na+-kanaler öppnas, vilket leder till aktionspotentialer.

Question 19

JONKANAL NATRIUM: Na+-kanalerna finns i hög koncentration i vissa områden av nervcellen. Ange dessa områden? (1p)

Answer 19

Initialsegmentet och noderna.

Question 20

JONKANAL NATRIUM: Förutom det öppna och stängda läget kan Na+-kanalen antaga ett s.k. inaktiverat tillstånd. Vad karakteriserar detta tillstånd och vilken praktisk konsekvens för nervcellens funktion har detta? (2p)

Answer 20

Inaktiverat tillstånd, dvs. en annan ”gate” har funktionellt stängt kanalen. Skillnaden är att depolarisering inte kan öppna den så länge denna inaktivering kvarstår. Det inaktiverade läget är kopplat till det sk refraktärtillståndet som varar under AP (absolut refraktärperiod) och 1-2 ms efter AP (relativ refraktärperiod).

Question 21

JONKANAL NATRIUM: Det finns flera ämnen som kan blockera Na+-kanaler och följaktligen också blockera aktionspotentialen. En grupp ämnen är kliniskt mycket viktiga och används i betydade omfattning vid många ingrepp. Vilka ämnen avses? (1p)

Answer 21

Lokalanaestetica, t.ex. Lidocain, Tetracain, Bupivacain m.fl.

Question 22

ONKONCENTRATION: Ange den ungefärliga koncentrationen av Na+ och K+ intra- resp. extracellulärt? (2p; 2p)

Answer 22

Na+: 5-15 mM intracellulärt 140 mM extracellulärt

K+: 140 mM intracellulärt 5 mM extracellulärt

Question 23

JONKONCENTRATION: Vilken mekanism skapar skillnaden i jonkoncentration och hur fungerar den? (2p)

Answer 23

Na+/K+-ATPase, som förbrukar ATP för att transportera tre Na+ joner ut ur cellen och två K+ joner in i cellen. Vilomembranpotentialen är också beroende av membranpermeabiliten för olika joner.

Question 24

JONPERMEABILITET: Hur är förhållandet mellan Na+- och K+-permeabiliteten i vila? Ange gärna ungefärligt siffervärde för PK/PNa. (1p)

Answer 24

PNa:PK ca 1:75. Nervsignaler överförs av aktionspotentialer som består av snabba elektriska potentialförändringar över cellmembranen. Varje aktionpotential börjar med en förändring från vilopotential till en positiv membranpotential och slutar med en återvändning till negativ potential.

Question 25

JONPERMEABILITET: Vilomembranpotentialen är beroende av K+-permeabiliteten (PK). Vad är ansvarigt för PK? Hur är förhållandet mellan PK och PNa i vila (dvs. PK/PNa)? (2p)

Answer 25

Ansvariga för K+-permeabiliteten = spänningskänsliga K+-pumpar.

Det är K+-permeabiliteten är den huvudsakliga faktorn till vilomembranpotentialen. Membranet hos ett vilande neuron är mycket mer permeabel för K+ än för någon annan jon, och det är mycket mer K+ inne i neuronet än utanför. Den selektiva permeabiliteten för K+ orsakas av K+-permeabla kanaler som är öppna i det vilande neuronet, och den stora K+-koncetrationsgradienten är producerad av membrantransportörer som selektivt ansamlar K+ inne i cellen.

Question 26

JONPERMEABILITET: Under aktionspotentialen ändras PK/PNa drastiskt. Vad är bakgrunden? (1p)

Answer 26

AP sker genom att cellen depolariseras vilket öppnar spänningskänsliga Na+-kanaler. Dessa inaktiveras dock inom en kort tid efter öppnandet vilket gör att permeabiliteten för Na+ snabbt stiger till ett högt värde för att sedan snabbt sjunka tillbaka till ett lågt.

Depolariseringen öppnar även långsammare K+-kanaler (också de spänningskänsliga). Detta går dock långsammare varför cellen vid en AP initialt är mer permeabla för Na+ och cellen depolariseras. Snabbt inaktiveras dock dessa kanaler och permeabiliteten blir högre för K+-joner, vars kanaler inte inaktiveras. Detta leder till att K+ strömmar ut ur cellen som repolariseras (hyperpolariseras), vilket i sin tur leder till att de båda spänningskänsliga kanalerna återigen stängs.

Question 27

JONPERMEABILITET: Vilomembranpotentialen är visserligen till största delen beroende av fördelningen av K+-jonen och permeabiliteten för K+ genom cellmembranen men det förekommer en liten permeabilitet för Na+ i vila, vilket innebär att membranpotentialen som regel är något mer positiv än jämviktspotentialen för K+. Ange ett ungefärligt värde för PNa/PK. (1p)

Answer 27

PNa/PK = 0,01-0,02 (varierar betydligt i olika celler)

Question 28

JON EKVILIBRIUMSPÄNNING: Ekvilibriumspänningen beräknas med utgångspunkt från en jämvikt mellan diffusionskraften och den elektriska kraften som verkar på jonen. Vad blir ekvilibriumspänningen för kalium (EK) vid koncentrationerna 140 mM intra- och 5 mM extracellulärt? (2p)

Answer 28

Question 29

JON EKVILIBRIUMSPÄNNING: Ekvilibriumspänningen beräknas med utgångspunkt från en jämvikt mellan diffusionskraften och den elektriska kraften som verkar på jonen. Ange ekvilibriumspänningen för Na+ jonen vid koncentrationerna 145 mM extra- och 5-15 mM intracellulärt? Vad heter formeln? (2p)

Answer 29

66 mV
Nernst ekvation

Question 30

NEUROTRANSMITTOR ANS: Vilka är de viktigaste transmittorsubstanserna i ANS och deras receptorer? (3p)

Answer 30

• Acetylkolin (Ach):
  
  • Nikotinerga Ach-receptorer (nAch) (ligand-gated jonkanaler)
  • Muskarina Ach-receptorer (mAch) i målorgan. (G-protein-receptorkomplex)
• Noradrenalin: α-1, β-1 och β-2-receptorer.
• Adrenalin: se ovan.

Question 31

NEUROTRANSMITTOR SYMPATIKUS: Sympatiska nervsystemet har en amin som sin väsentligaste postganglionära transmittorsubstans. Vad heter denna transmittor? (1p)

Answer 31

Noradrenalin

Question 32

NERUOTRANSMITTOR PARASYMPATIKUS: Ange två transmittorer i parasympatikus som är alternativa transmittorer till acetylkolin och som ofta förmedlar relaxation i mag-tarmkanalen. (1p)

Answer 32

VIP, NPY

Question 33

NEUROTRANSMITTOR BIOGENA AMINER: Ange vilka två biogena aminer som frisätts vid signalering till effektororganen samt vilka huvudtyper av receptorer de verkar på. (3p)

Answer 33

Adrenalin och noradrenalin. α 1 o. 2 receptorer; β 1 o. 2 receptorer.

Question 34

NEUROTRANSMITTOR NORADRENALIN:

a) Vilka två huvudtyper av receptorer finns det för denna substans? (2p)
b) Vilken av dessa två receptorer dominerar i hjärtat? (1p)
c) Vilka två effekter erhålles i hjärtat när det sympatiska nervsystemet aktiveras? (2p)

Answer 34

a) α- och β-receptorer
b) β dominerar i hjärtat
c) Ökad frekvens och slagkraft

Question 35

MEMBRANPOTENTIAL: När nervceller inte är aktiverade föreligger en vilomembranpotential över cellmembranet.

a) Förklara kort hur nervceller upprätthåller vilomembranpotentialen. (101104, 2p)
b) Vilken typ av jonkanaler ligger till grund för vilomembranpotentialen, och hur fungerar de? (101104, 2p)
c) Är jonpumpar viktiga för att upprätthålla vilomembranpotentialen och om så är fallet, vilken jonpump är inblandad och vilken betydelse har den? (101104, 2p)

Answer 35

Genom Na/K-ATPase som pumpar ut 3 Na+ och pumpar in 2 K+. Förbrukar ATP. Ger ca 5 mV. K+-läck-kanaler läcker tillbaka en del Kalium (finns även Na+-läckkanaler, men de är 20 ggr färre än K +-läck-kanalerna i antal) och ger det mesta av potentialen (85 mV).

Question 36

MEMBRANPOTENTIAL: Det finns ett vätskerum i kroppen (i ett anslutning till vissa sinnesceller) där K +-koncentrationen är mycket hög (ca 145 mM). Vilket vätskerum åsyftas och vilken betydelse har den höga K+-koncentrationen för transduktionsprocessen?

Answer 36

Scala media är fylld med endolymfa. I hårceller fungerar K+ både som den jon som depolariserar och den som hyperpolariserar membranet. Den basala och den apikala delen av membranet är skilda av tight junctions så att dessa kan ha olika extracellulära miljöer. Den apikala delen är utsatt för endolymfa som är rik på K+ och fattig på Na+. Den basala delen är istället omgiven av perilymfa som är mer lik vanlig extracellulärvätska i och med att denna innehåller mycket Na+ och lite K+. Endolymfan är rikare på positiva joner är vad perilymfan är vilket möjliggör att membranpotentialen över det basala membranet blir -45 mV medan samma potential över den apikala delen blir -125 mV. Då EK är -102 mV (även vid låga extracellulära kaliumkoncentrationer och ännu närmre noll nu) kommer kaliumjoner att flöda in i cellen från endolymfan när receptorkanalerna öppnas. Inflödet av K+ depolariserar cellen och leder till att spänningskänsliga Ca2+- och K+-kanaler öppnas i somat. Genom dessa kaliumkanaler flödar dock K+ ut ur cellen som repolariseras. Även kalcium bidrar till repolariseringen genom att öppna Ca2+-beroende K+-kanaler. (2p)

Question 37

MEMBRANPOTENTIAL: Du mäter en vilomembranpotential som är ca –70 mV och finner att koncentrationen av K+ och Na+ joner är ungefär desamma som du lärt dig under neurokursen. Redogör för vilken typ av jonkanal som sannolikt är viktig för vilomembranpotentialens uppkomst samt ange egenskaperna för en sådan kanal. (2p)

Answer 37

Sk K+ läckkanaler dvs. kanaler permeabla för K+. Dessa kanaler är öppna i vila. Brukar anges som “icke gatade” kanaler.

Question 38

AKTIONSPOTENTIAL: Vid hög frekvens av aktionspotentialer ökar Na+-innehållet i nervtråden. Det finns en mekanism som kontrollerar Na+-koncentrationen i cellen och ser till att normal koncentration återställs mycket snabbt. Redogör för denna mekanism. (2p; 2p)