Prędkość przewodzenia nerwów

Prędkości przewodzenia nerwów , w skrócie NLG , wskazują, jak szybko impulsy elektryczne są przekazywane wzdłuż włókien nerwowych . W tym celu - zgodnie z definicją w fizyce - iloraz jest tworzony z różnicy lokalizacji i różnicy czasu.

Prędkości przewodzenia włókien nerwowych są różne; zależą one głównie od odpowiedniego kalibru procesu komórek nerwowych ( aksonu ) i specjalnego tworzenia otoczki komórek glejowych ( otoczki mielinowej ). U ludzi cienkie, niezmielinizowane (rdzeniaste) włókna nerwowe przewodzą impulsy wzbudzające z prędkością około 1 m / s ( metrów na sekundę ), podczas gdy grube i mielinowe (rdzeniowe) włókna przewodzą je znacznie szybciej z prędkością około 100 m / s.

Podstawy biologiczne

W strukturach przewodzących obwodowego i ośrodkowego układu nerwowego , jego nerwów lub ścieżek , wiązki włókien nerwowych biegną obok siebie . Włókno nerwowy składa się z podłużnego przedłużenia na komórki nerwowe i jego osłony, która jest utworzona przez komórki glejowe . Zamknięty proces komórek nerwowych jest również nazywany cylindrem osi lub aksonem . Aksony mogą mieć nie tylko różne długości, ale także różne grubości. Im większa średnica aksonu, tym większa średnica włókna nerwowego. Grubsze aksony przewodzą szybciej niż cienkie.

U kręgowców, takich jak ludzie, na dalszym etapie rozwoju wokół aksonów może powstać specjalna forma otoczki. Aby to zrobić, komórki glejowe ściśle owijają się wokół przedłużenia komórek nerwowych, tak że otacza je kilka warstw ich błony komórkowej. Takie glejowe osłonki nazywane są osłonkami mielinowymi . Ustawione w rzędzie dodatkowo izolują akson w odcinkach, umożliwiając w ten sposób specjalną formę przewodzenia wzbudzenia . Tutaj potencjały czynnościowe nurmehr skoków ( skoczny z góry) do tych Axonmembranregionen które są odsłonięte od izolacyjnych odcinków osłonki mielinowej, i (w odpowiednich szczelinach Ranviersche Schnürringe regularnie następują po sobie). Dlatego zmielinizowane włókna nerwowe przewodzą szybciej niż zmielinizowane włókna nerwowe.

Otoczki mielinowe rozwijają się zależnie od funkcji tylko wokół aksonów o większej średnicy podczas procesu dojrzewania i są silniejsze we włóknach nerwu rdzeniowego niż we włóknach nerwowych ubogich w rdzeń. Z drugiej strony cienkie włókna nerwowe pozostają bez szpiku, nawet w mózgu. Szybkość przewodzenia jest podwojona przez mielinizację w przypadku cienkiego włókna 1  μm i około ośmiokrotnie w przypadku 10 μm.

Zwiększenie szybkości przewodzenia umożliwia szybkie sekwencje ruchu nawet wtedy, gdy sygnały w komórce nerwowej są przewodzone na stosunkowo duże odległości, jak u większych zwierząt. Podczas gdy głowonogi, takie jak kalmary, rozwijają gigantyczne aksony o grubości prawie 1 mm , które stale przewodzą potencjał czynnościowy (AP) przy około 60 m / s, kręgowce tworzą w tym celu osłonki mielinowe, przez które AP przechodzi przez solankę z podobną prędkością, chociaż włókno nerwowe jest tylko jedną setną jest taki gruby.

Podstawy fizyczne

Z fizycznego punktu widzenia akson włókna nerwowego składa się z błony komórkowej jako powłoki izolacyjnej, aksolemmy i roztworu soli jako zawartości przewodzącej, czyli aksoplazmy. Przyłożone napięcie jest więc - jak w przypadku każdego kabla elektrycznego - przenoszone zgodnie z prawami elektrodynamiki . Za pomocą metalowego przewodnika impulsy mogą być przesyłane na duże odległości z prędkością pól elektrycznych bliską prędkości światła . Jednakże, ponieważ błona komórki nerwowej jest tylko niekompletnym izolatorem, a elektrolit ma stosunkowo wysoki opór elektryczny w porównaniu na przykład z drutem miedzianym, następuje znaczny spadek napięcia wzdłuż włókna nerwowego. Dlatego impulsy nerwowe mogą być przekazywane elektrotonicznie tylko na bardzo krótką odległość .

Dlatego konieczny jest dodatkowy proces, aby przepuścić potencjały czynnościowe wzdłuż dłuższego wydłużenia komórki nerwowej - zmieniając przepuszczalność jonów poprzez zależne od napięcia kanały jonowe w błonie - dzięki czemu potencjał czynnościowy może zostać odbudowany . Ale jest to stosunkowo powolny, aktywny i metaboliczny proces wymagający energii. We włóknach nerwowych ssaków postępuje w sposób ciągły lub skacze w odcinkach. Wynikowe prędkości linii impulsowej mieszczą się w zakresie od 0,2 do 120 m / s, przy czym wysokie prędkości linii osiąga się tylko w przypadku zasolonych linii wzbudzenia . Ze względu na zaangażowane struktury molekularne istnieje również wyraźna zależność od temperatury. W zakresie fizjologicznym prędkość przewodzenia nerwów wzrasta o około 1–2 m / s na stopień Celsjusza.

Grubość aksonu i prędkość przewodzenia nerwów

→ Główny artykuł: przewodzenie wzbudzenia

Grube aksony lub cylindry osi przekazują z większą prędkością przewodzenia nerwów niż cienkie, ze względu na korzystniejszy stosunek objętości przewodzącej ( ) do powierzchni membrany ( ), który zwiększa się proporcjonalnie do średnicy ( ). Jednak ta geometryczna zależność dotyczy tylko wytrzymałości wzdłużnej lub stałej wzdłużnej membrany .

Przewodnictwo nerwowe w obwodowym układzie nerwowym

Włókna nerwowe nerwów obwodowego układu nerwowego można różnicować według różnych kryteriów. Kryterium strukturalnym jest na przykład grubość i struktura włókna nerwowego. Innymi kryteriami są na przykład szybkość przewodzenia lub funkcjonalne przypisanie odpowiedniego włókna nerwowego.

Klasyfikacja prędkości linii według Erlangera / Gassera

Typ / klasa włókna (według Erlangera / Gassera ) Linia prędkości średnica eferent do: aferent z / (klasyfikacja według Lloyd / Hunt):
Aα 60-120 m / s 10-20 µm Mięśnie szkieletowe ( pozafuzowe ) Mięśnie szkieletowe: wrzeciono mięśniowe (Ia), narząd ścięgna Golgiego (Ib)
Aβ 40-90 m / s 7-15 µm Receptory skórne (dotyk, ucisk) (II)
Aγ 20-50 m / s 4-8 µm Mięśnie szkieletowe ( dożylne )
Aδ 10-30 m / s 2-5 µm Receptory skórne (temperatura, gwałtowny ból) (III)
B. 5-20 m / s 1-3 µm Trzewi przedgwojowe
C (bez osłonki mielinowej) 0,5-2 m / s 0,5-1,5 µm Odprowadzające wnętrzności postganglionowe powolny ból, termoreceptory (IV)

Przewodnictwo nerwowe w ośrodkowym układzie nerwowym

Te same zasady można znaleźć w ośrodkowym układzie nerwowym - rdzeniu kręgowym i mózgu. Zwłaszcza włókna nerwowe długich odcinków są mielinizowane. Jednak pochewka rdzeniowa w OUN jest tworzona przez oligodendrocyty, a nie przez komórki Schwanna . Istnieją również różnice w strukturze otaczających wyrostków glejowych i składników mieliny . Pomiar prędkości przewodzenia odbywa się tutaj z wykorzystaniem potencjałów wywołanych i stymulacji magnetycznej.

Pomiary

Pomiar szybkości przewodzenia nerwów jest standardowym badaniem neurofizjologicznym w neurologii . Tutaj jednak nie jest mierzona prędkość przewodzenia nerwu pojedynczego włókna nerwowego, ale suma odpowiedzi ze wszystkich włókien nerwu. Z definicji najszybsza rozpoznawalna odpowiedź służy do określenia prędkości. W rzeczywistości włókna nerwu przewodzą z różnymi prędkościami, co przy odpowiedniej analizie może dostarczyć dalszych informacji diagnostycznych.

Rycina 1: Próba pomiaru przewodnictwa ruchowego u ludzi (cel demonstracyjny: nie może działać tak, jak pokazano, ponieważ nerw pośrodkowy w zgięciu łokcia i pochodzący z mięśnia zaopatrywanego przez nerw łokciowy (kulka małego palca) jest stymulowany.
rysunek 2
Zdjęcie 3: Odczytywanie NLG na urządzeniu pomiarowym NLG

Pomiar odbywa się poprzez wprowadzenie / odczyt impulsu elektrycznego, mierzonego wzdłuż nerwu.

Szczególnym przypadkiem jest pomiar czasu przestawiania silnika . Ponieważ mierzalne zmiany napięcia nerwu na powierzchni skóry są bardzo małe, a przez to podatne na błędy, w przypadku nerwów ruchowych pomaga się sobie poprzez stymulację nerwu, ale wywołując reakcję mięśnia. Ponieważ mięśnie z wieloma włóknami mięśniowymi zapewniają znacznie wyższe mierzalne napięcie (współczynnik 1: 1000), jest to łatwo możliwe. Jednak na czas między bodźcem a odpowiedzią mięśniową ( opóźnienie ) wpływa nie tylko czas przewodzenia nerwu, ale także czas transmisji do mięśnia przez płytkę ruchową (około 0,8 ms) oraz czas przewodzenia w błonie włókien mięśniowych (kilka ms). Całkowity czas nazywany jest czasem przejścia silnika. Stymulując nerw w dwóch różnych miejscach ze stałym odchyleniem powyżej mięśnia, można następnie określić „rzeczywistą” prędkość przewodzenia nerwu poprzez obliczenie różnicy.

Rysunek 2: Pomiar czasu przełączania silnika. Stymulacja nerwu pośrodkowego dwoma biegunami złotej elektrody kontaktowej na powierzchni skóry na nadgarstku, w pobliżu kanału nadgarstka ; Pomiarów dokonuje się za pomocą elektrody przyklejonej do mięśnia odwodziciela kciuka krótkiego (kciuka) i elektrody odniesienia na kciuku. Na przykład prostokątny impuls o czasie trwania impulsu 200 mikrosekund i natężeniu prądu od 3 do 20 mA jest ustawiany dla bodźca, w zależności od lokalizacji stymulacji oraz grubości i charakteru tkanki.

Obraz 3: Pokazane są wyniki dwóch bodźców. Górny ślad zaczyna się po lewej stronie w momencie bodźca (początek impulsu kwadratowego). Stamtąd wiązka przemieszcza się w prawo z ustawioną prędkością zapisu, na przykład 5 ms / działkę. Na stopniu 1 (odpowiadającym opóźnieniu 5 ms) początek odpowiedzi elektrycznej mięśnia można postrzegać jako odchylenie w dół (pokazane wbrew konwencjom, napięcia ujemne w elektrofizjologii są standardowo pokazywane w górę). Jest to zaznaczone lewym znacznikiem. Podobną wysypkę widać na dolnym torze, ale nieco później (prawy znacznik). Najwyraźniej elektroda bodźca została umieszczona na nerwie dalej od mięśnia. Różnica czasu między markerami określa czas przewodzenia nerwu. Różnicę w lokalizacji punktów bodźca mierzy się na przykład taśmą mierniczą. Iloraz różnicy lokalizacji i czasu daje wtedy prędkość przewodzenia nerwu.

wskazanie

Częstym wskazaniem do pomiaru prędkości przewodzenia nerwów jest podejrzenie polineuropatii . W tej chorobie izolacja nerwów ( mielina ) i / lub proces nerwowy ( aksony ) są upośledzone . W wyniku uszkodzenia można zmierzyć zmniejszoną prędkość przewodzenia nerwów. W zespole cieśni nadgarstka miejscowy ucisk na nadgarstek uszkadza izolację nerwu pośrodkowego, tak że dystalna latencja motoryczna jest znacznie zwiększona.

Zobacz też

Indywidualne dowody

  1. ↑ Fragment klasyfikacji według Erlanger / Gasser 1939 i Lloyd / Hunt 1943 ( pamiątka z oryginałem z 7 maja 2015 w Internet Archive ) Info: archiwum Link został wstawiony automatycznie i nie została jeszcze sprawdzona. Sprawdź oryginalny i archiwalny link zgodnie z instrukcjami, a następnie usuń to powiadomienie. @ 1@ 2Szablon: Webachiv / IABot / www.gfai.de
  2. ^ A b c Josef Dudel, Randolf Menzel, Robert F. Schmidt (red.): Neuroscience: From Molecule to Cognition. Wydanie 2. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-642-56497-0 , s. 113. (online)
  3. ^ A b Alfred Benninghoff: Makroskopowa i mikroskopowa anatomia człowieka. Tom 3: Układ nerwowy, skóra i narządy zmysłów . Urban & Schwarzenberg, Monachium 1985, ISBN 3-541-00264-6 , s. 17f.