Myelin - Myelin

Myelin
Struktur av förenklad neuron i PNS
Neuron med oligodendrocyt och myelinhölje i CNS
Detaljer
Systemet	Nervsystem
Identifierare
FMA	62977
Anatomisk terminologi [ redigera på Wikidata ]

Myelin är en lipid -rik (fett-) substans som omger nervcells axoner (nervsystemets "trådar") för att isolera dem och öka den hastighet med vilken elektriska impulser (kallade aktionspotentialer ) skickas längs axonet. Den myeliniserade axonen kan liknas vid en elektrisk tråd (axonen) med isolerande material (myelin) runt den. Till skillnad från plasthöljet på en elektrisk tråd bildar myelin dock inte ett enda långt hölje över hela axonets längd. Myelinet täcker snarare nerven i segment: i allmänhet är varje axon innesluten med flera långa myeliniserade sektioner med korta mellanrum mellan kallade Ranvier -noder .

Myelin bildas i centrala nervsystemet (CNS; hjärna, ryggmärg och optisk nerv) av glialceller som kallas oligodendrocyter och i det perifera nervsystemet (PNS) av glialceller som kallas Schwann -celler . I CNS bär axoner elektriska signaler från en nervcellskropp till en annan. I PNS bär axoner signaler till muskler och körtlar eller från sensoriska organ som huden. Varje myelinhölje bildas genom den koncentriska inslagningen av en oligodendrocyt- (CNS) eller Schwann-cell (PNS) -process (en lemliknande förlängning från cellkroppen) runt axonen . Myelin minskar kapacitansen hos det axonala membranet. På molekylär nivå, i internoderna, ökar det avståndet mellan extracellulära och intracellulära joner, vilket minskar ackumuleringen av laddningar. Den diskontinuerliga strukturen av myelinhöljet resulterar i saltande ledning , varigenom åtgärdspotentialen "hoppar" från en nod av Ranvier, över en lång myeliniserad sträcka av axon som kallas internoden, innan den "laddas" vid nästa nod i Ranvier, och så på tills den når axonterminalen . Noder i Ranvier är de korta (c. 1 mikron ) omyeliniserade regionerna i axon mellan intilliggande långa (c. 0,2 mm -> 1 mm) myeliniserade internoder. När den når axonterminalen, framkallar denna elektriska signal frisläppandet av ett kemiskt meddelande eller en neurotransmittor som binder till receptorer på den intilliggande postsynaptiska cellen (t.ex. nervcell i CNS eller muskelcell i PNS) i specialiserade regioner som kallas synapser .

Denna "isolerande" roll för myelin är avgörande för normal motorisk funktion (dvs. rörelse som promenader), sensorisk funktion (t.ex. hörsel, syn eller känsla av smärta) och kognition (t.ex. att förvärva och återkalla kunskap), vilket visas av konsekvenserna av störningar som påverkar det, såsom de genetiskt bestämda leukodystrofierna ; den förvärvade inflammatoriska demyeliniserande störningen , multipel skleros ; och de inflammatoriska demyeliniserande perifera neuropatierna . På grund av dess höga förekomst är multipel skleros, som specifikt påverkar centrala nervsystemet (hjärna, ryggmärg och synnerven), den mest kända störningen av myelin.

Utveckling

Processen att generera myelin kallas myelinisering eller myelinogenes . I CNS, oligodendrocyt progenitorceller (OPCs) differentiate till mogna oligodendrocyter, vilka bildar myelin. Hos människor börjar myelinering tidigt i tredje trimestern, även om endast lite myelin finns i antingen CNS eller PNS vid födseln. Under spädbarnet fortskrider myeliniseringen snabbt, med ökande antal axoner som förvärvar myelinhöljen. Detta överensstämmer med utvecklingen av kognitiva och motoriska färdigheter, inklusive språkförståelse, talförvärv, krypning och promenader. Myelinering fortsätter genom tonåren och tidig vuxen ålder och även om den i stort sett är klar vid denna tidpunkt kan myelinskeden läggas till i gråämnesregioner som hjärnbarken under hela livet.

Artfördelning

Myelin anses vara en avgörande egenskap hos käftade ryggradsdjur ( gnathostomer ), även om axoner är inneslutna av en celltyp, kallad glialceller, hos ryggradslösa djur. Dessa glialomslag skiljer sig ganska mycket från ryggradsdjurskompakt myelin, bildad, såsom anges ovan, genom koncentrisk inslagning av myeliniserande cellprocess flera gånger runt axonet. Myelin beskrevs först 1854 av Rudolf Virchow , även om det var över ett sekel senare, efter utvecklingen av elektronmikroskopi, att dess glialcells ursprung och dess ultrastruktur blev uppenbar.

Hos ryggradsdjur myeliniseras inte alla axoner. Till exempel i PNS är en stor andel axoner omyeliniserade. Istället omsluts de av icke-myeliniserande Schwann-celler som kallas Remak SC och arrangeras i Remak-buntar . I CNS, icke-myelinerade axoner (eller intermittent myeliniserade axoner, vilket innebär axoner med långa icke-myelinerade regionerna mellan myeliniserade segment) blandas med myeliniserade ettor och är sammanflätade, åtminstone delvis, genom förfarandena enligt en annan typ av gliaceller den astrocyt .

Sammansättning

Överföringselektronmikrograf av ett tvärsnitt av en myeliniserad PNS-axon, genererad vid elektronmikroskopi vid Trinity College , Hartford, Connecticut

Diagram över en myeliniserad axon i tvärsnitt

1. Axon
2. Kärnan i Schwann -cell
3. Schwann cell
4. Myelinskidan
5. Neurilemma

CNS -myelin skiljer sig något i sammansättning och konfiguration från PNS -myelin, men båda utför samma "isolerande" funktion (se ovan). Eftersom myelin är rik på lipider verkar den vit, därav namnet på den " vita substansen " i CNS. Både CNS -ämnen i vitt material (t.ex. optisk nerv , kortikospinal kanal och corpus callosum ) och PNS -nerver (t.ex. ischiasnerven och hörselnerven , som också framstår som vita) omfattar var och en tusentals till miljoner axoner, i stort sett parallella i linje. Blodkärl tillhandahåller vägen för syre- och energisubstrat som glukos för att nå dessa fiberkanaler, som också innehåller andra celltyper inklusive astrocyter och mikroglia i CNS och makrofager i PNS.

När det gäller total massa omfattar myelin cirka 40% vatten; den torra massan innefattar mellan 60% och 75% lipid och mellan 15% och 25% protein . Proteininnehållet inkluderar myelinbasprotein (MBP), som är rikligt i CNS där det spelar en kritisk, icke-redundant roll vid bildandet av kompakt myelin; myelinoligodendrocytglykoprotein (MOG), som är specifikt för CNS; och proteolipidprotein (PLP), som är det mest förekommande proteinet i CNS -myelin, men endast en mindre komponent av PNS -myelin. I PNS har myelinprotein noll (MPZ eller P0) en liknande roll som PLP i CNS genom att det är involverat i att hålla ihop de flera koncentriska skikten av glialcellmembran som utgör myelinhöljet. Myelinets primära lipid är en glykolipid som kallas galaktocerebroside . De sammanflätade kolvätekedjorna av sfingomyelin stärker myelinhöljet. Kolesterol är en viktig lipidkomponent i myelin, utan vilken myelin inte bildas.

Fungera

Handlingspotentialförökning i myeliniserade neuroner är snabbare än hos omyeliniserade neuroner på grund av saltatorisk ledning .

Huvudsyftet med myelin är att öka hastigheten med vilken elektriska impulser sprider sig längs den myeliniserade fibern. I omyeliniserade fibrer färdas elektriska impulser ( aktionspotentialer ) som kontinuerliga vågor, men i myeliniserade fibrer "hoppar" eller förökar de sig genom saltande ledning . Den senare är markant snabbare än den förra, åtminstone för axoner över en viss diameter. Myelin minskar kapacitansen och ökar det elektriska motståndet över axonmembranet ( axolemmaet ). Det har föreslagits att myelin tillåter större kroppsstorlek genom att upprätthålla smidig kommunikation mellan avlägsna kroppsdelar.

Myeliniserade fibrer saknar spänningsstyrda natriumkanaler längs de myeliniserade internoderna, och exponerar dem endast vid Ranviers noder . Här är de mycket rikliga och tätt packade. Positivt laddade natriumjoner kan komma in i axonet genom dessa spänningskänsliga kanaler, vilket leder till depolarisering av membranpotentialen vid noden av Ranvier. Den vilande membranpotentialen därefter snabbt återställs på grund av positivt laddade kaliumjoner som lämnar axonet genom kaliumkanaler . Natriumjoner inne axonet sedan diffundera snabbt genom axoplasm (axonal cytoplasma ), till den angränsande myeliniserade intern och slutligen till nästa ( distala ) nod i Ranvier, utlöser öppningen av spänningsstyrda natriumkanaler och inträde av natriumjoner på detta webbplats. Även om natriumjonerna diffunderar genom axoplasman snabbt, är diffusionen av karaktär, därför måste Ranviers noder vara (relativt) nära åtskilda för att säkra åtgärdspotentialförökning. Handlingspotentialen "laddas" vid på varandra följande noder i Ranvier när den axolemmala membranpotentialen depolariseras till cirka +35 mV. Längs den myeliniserade internoden pumpar energiberoende natrium/kaliumpumpar natriumjonerna tillbaka ur axonen och kaliumjonerna tillbaka in i axonen för att återställa jonbalansen mellan det intracellulära (inuti cellen, dvs axon i detta fall) och extracellulära (utöver cellen) vätskor.

Medan myelinens roll som "axonal isolator" är väletablerad, är andra funktioner hos myeliniserande celler mindre kända eller bara nyligen etablerade. Myeliniseringscellen "skulpterar" det underliggande axonet genom att främja fosforylering av neurofilament , vilket ökar axonets diameter eller tjocklek vid de interodala regionerna; hjälper klustermolekyler på axolemma (såsom spänningsstyrda natriumkanaler) vid noden i Ranvier; och modulerar transporten av cytoskeletala strukturer och organeller, såsom mitokondrier , längs axonen. År 2012 kom bevis för att stödja en roll för myeliniseringscellen i att "mata" axonen. Med andra ord verkar myeliniserande cellen att fungera som en lokal "tankningsstation" för axonet, som använder en hel del energi för att återställa den normala balansen av joner mellan den och dess omgivning, efter generation av aktionspotentialer .

När en perifer fiber bryts, ger myelinhöljet ett spår längs vilket återväxt kan ske. Myelinskiktet säkerställer dock inte en perfekt regenerering av nervfibern. Vissa regenererade nervfibrer hittar inte rätt muskelfibrer, och några skadade motorneuroner i det perifera nervsystemet dör utan återväxt. Skador på myelinhöljet och nervfiber är ofta förknippade med ökad funktionsbrist.

Omelinerade fibrer och myeliniserade axoner i däggdjurens centrala nervsystem regenereras inte.

Klinisk signifikans

Demyelinisering

Demyelinisering är förlusten av myelinhöljet som isolerar nerverna och är kännetecknet för vissa neurodegenerativa autoimmuna sjukdomar, inklusive multipel skleros , akut disseminerad encefalomyelit , neuromyelit optica , transversell myelit , kronisk inflammatorisk demyeliniserande polyneuropati , Guillain -Barré syndrom , central pontin myelinos , ärftliga demyeliniserande sjukdomar som leukodystrofi och Charcot – Marie – Tooth sjukdom . Lider av skadlig anemi kan också drabbas av nervskador om tillståndet inte diagnostiseras snabbt. Subakut kombinerad degeneration av ryggmärgen sekundärt till skadlig anemi kan leda till lätt perifer nervskada till allvarlig skada på centrala nervsystemet, vilket påverkar tal, balans och kognitiv medvetenhet. När myelin försämras kan ledning av signaler längs nerven försämras eller gå förlorad och nerven vissnar så småningom. Ett allvarligare fall av myelinförsämring kallas Canavan sjukdom .

Det immunsystemet kan spela en roll i demyelinisering förknippad med sådana sjukdomar, innefattande inflammation som orsakar demyelinisering av överproduktion av cytokiner via uppreglering av tumörnekrosfaktor eller interferon . MR -bevis på att docosahexaensyra DHA -etylester förbättrar myeliniseringen vid generaliserade peroxisomala störningar.

Symtom

Demyelinisering resulterar i olika symptom som bestäms av de drabbade neuronernas funktioner. Det stör signaler mellan hjärnan och andra delar av kroppen; symptom skiljer sig från patient till patient och har olika presentationer vid klinisk observation och i laboratoriestudier.

Typiska symptom inkluderar suddighet i det centrala synfältet som bara påverkar ett öga, kan åtföljas av smärta vid ögonrörelse, dubbelseende, förlust av syn/hörsel, udda känslor i ben, armar, bröst eller ansikte, såsom stickningar eller domningar ( neuropati ), svaghet i armar eller ben, kognitiv störning, inklusive talstörning och minnesförlust, värmekänslighet (symtom förvärras eller återkommer vid exponering för värme, till exempel en varm dusch), förlust av fingerfärdighet, svårigheter att samordna rörelse eller balansstörning, svårigheter att kontrollera tarmrörelser eller urinering, trötthet och tinnitus.

Myelinreparation

Forskning för att reparera skadade myelinhöljen pågår. Tekniker inkluderar kirurgisk implantation av oligodendrocytprekursorceller i centrala nervsystemet och inducering av myelinreparation med vissa antikroppar . Även om resultaten hos möss har varit uppmuntrande (via stamcellstransplantation ) är det fortfarande okänt om denna teknik kan vara effektiv för att ersätta myelinförlust hos människor. Kolinerga behandlingar , såsom acetylkolinesterashämmare (AChEI), kan ha fördelaktiga effekter på myelinisering, myelinreparation och myelinintegritet. Ökande kolinerg stimulering kan också verka genom subtila trofiska effekter på hjärnans utvecklingsprocesser och särskilt på oligodendrocyter och den livslånga myeliniseringsprocess som de stöder. Ökande kolinerg stimulering av oligodendrocyt , AChEI och andra kolinerga behandlingar, såsom nikotin , kan möjligen främja myelinisering under utveckling och myelinreparation i äldre ålder. Glykogensyntas kinas 3β -hämmare såsom litiumklorid har befunnits främja myelinisering hos möss med skadade ansiktsnerver. Kolesterol är ett nödvändigt näringsämne för myelinhöljet, tillsammans med vitamin B12 .

Dysmyelinisering

Dysmyelinisering kännetecknas av en defekt struktur och funktion hos myelinskeden; till skillnad från demyelinisering, producerar den inte skador . Sådana defekta mantlar uppstår ofta från genetiska mutationer som påverkar biosyntesen och bildandet av myelin. Den rysande musen representerar en djurmodell för dysmyelinisering. Mänskliga sjukdomar där dysmyelinisering har varit inblandad inkluderar leukodystrofier ( Pelizaeus – Merzbachers sjukdom , Canavans sjukdom , fenylketonuri ) och schizofreni .

Ryggradslösa myelin

Funktionellt ekvivalenta myelinliknande mantlar finns i flera taxa med ryggradslösa djur inklusive oligochaeter , penaeider , palaemonider och calanoider . Dessa myelinliknande mantlar delar flera strukturella särdrag med mantlarna som finns hos ryggradsdjur inklusive mångfald av membran, kondensering av membran och noder. Noderna hos ryggradsdjur är emellertid ringformade; dvs de omger axonen. Däremot är noder som finns i höljena hos ryggradslösa djur antingen ringformade eller fenestrerade; dvs de är begränsade till "fläckar". Det är anmärkningsvärt att den snabbaste registrerade ledningshastigheten (över både ryggradsdjur och ryggradslösa djur) finns i de inhägnade axonerna på Kuruma -räkorna , en ryggradslös, som varierar mellan 90 och 200 m/s ( jfr. 100–120 m/s för de snabbaste myeliniserat ryggradsdjur axon).

Se även

• Lesional demyeliniseringar av centrala nervsystemet
• Myelin-associerat glykoprotein
• Myelin inkreation
• Myelinprojektet , projekt för att regenerera myelin
• Myelin Repair Foundation , en ideell medicinsk forskningsstiftelse för upptäckt av multipel skleros .

Referenser

Vidare läsning

externa länkar

• MS Information Sourcebook, Myelin
• H & E Histologi
• Luxol Fast Blue: Modifierad Kluvers metod för färgning mot Myelin -mantel