Nervový vzruch pre svalovú kontrakciu z motoneurónu

Nervový vzruch pre svalovú kontrakciu vzniká v centrálnom nervovom systéme a k svalu sa dostáva prostredníctvom motorického neurónu, najmä α-motoneurónu. Jeho axón vedie elektrický akčný potenciál až k nervosvalovej platničke, kde sa uvoľní acetylcholín. Naviazanie acetylcholínu na receptory svalového vlákna vyvolá ďalší akčný potenciál, ktorý sa šíri po membráne svalovej bunky a spustí jej kontrakciu.

Všetky vplyvy spôsobujúce svalovú kontrakciu sa uplatňujú prostredníctvom α-motoneurónov, ktoré predstavujú konečnú spoločnú dráhu motorického systému. Motorická jednotka je súbor svalových vlákien inervovaných jedným motoneurónom a zároveň je najmenšou komponentou, ktorú možno samostatne aktivovať.

Úloha nervovej sústavy pri riadení svalov

Nervová sústava riadi a koordinuje funkcie organizmu a jeho interakciu s okolím. Sprostredkúva vzťahy medzi vonkajším prostredím a organizmom, ako aj medzi všetkými časťami vnútra organizmu. Zabezpečuje odpoveď organizmu na podnety vonkajšieho prostredia a z orgánov, ako aj funkčnú citlivosť všetkých procesov v organizme.

Na čele riadiacich systémov organizmu je nervová sústava. Má schopnosť prijímať informácie o zmenách vonkajšieho a vnútorného prostredia, tieto informácie triediť, spracúvať a vytvárať výstupné signály, ktoré privádza k výkonným orgánom (efektorom), čím primerane usmerňuje ich činnosť.

Nervová sústava je na rozdiel od endokrinnej (hormonálnej) sústavy presnejšia, pretože nervový vzruch aktivuje oveľa špecifickejšie miesta v organizme, pričom odozva sa objaví v zlomku sekundy a rovnako rýchlo aj odznie.

Motorický systém ovláda svalovú činnosť, zabezpečuje vzpriamenú polohu, konanie práce, príjem potravy a komunikáciu. Účelný pohyb je koordinovaný väčším množstvom svalových skupín súčasne. Na riadení motoriky sa podieľajú všetky oddiely CNS.

Neurón a smer vedenia nervového vzruchu

Základnou štruktúrnou a funkčnou jednotkou nervovej sústavy je nervová bunka - neurón. Neurón má schopnosť prijať podnet z prostredia, premeniť ho na nervový vzruch a odovzdať ďalšiemu neurónu, pričom základnou úlohou nervových buniek je prijímať, viesť a odovzdávať signály.

Neurón sa skladá z tela a výbežkov. Krátke výbežky sú nazývané dendrity a dlhý výbežok axón. Prostredníctvom dendritov prijme neurón informácie od iných neurónov. Axón potom spracovanú informáciu predáva ďalším bunkám, napríklad svalovým.

Z tela nervovej bunky vybiehajú dendrity, ktoré sú dostredivé výbežky, krátke a bohato vetvené. Dendritmi vstupuje do neurónu nervový vzruch. Neurit (axón) je odstredivý výbežok, je iba jeden a nervový vzruch vedie von.

Povrch neuritu je chránený dvojitou pošvou, ktorej vnútorná vrstva je tvorená myelínom, teda vrstvičkou tukovitej látky. Vonkajšia vrstva je tvorená Schwannovými bunkami.

Vznik a vedenie akčného potenciálu

Informácie sa po neuróne šíria pomocou zmien elektrického napätia na bunkovej membráne, tzv. akčný potenciál. Vedenie vzruchu po nervovej bunke zabezpečujú katióny sodíka a draslíka.

Keď je nervové vlákno v pokoji, na povrchu membrány je katión sodíka a vo vnútri je zasa katión draslíka. Membrána je polarizovaná (Na, K- 20:1) a namerali by sme pokojový potenciál -70 až -80 milivoltov. Vnútro je elektronegatívne.

Keď sa vedie nervový vzruch, nastáva depolarizácia a zmení sa permeabilita, teda priepustnosť membrány pre sodík, ktorý prechádza do vnútra. Vnútro je teraz elektropozitívne a namerali by sme aktívny potenciál, ktorý by bol +30 milivoltov.

Keď vzruch prejde, ide o repolarizáciu membrány a zmení sa permeabilita membrány pre draslík. Draslík vychádza von z vlákna a tým sa vlákno dostane do pokoja, pričom je to naopak a aktívne sa tieto katióny prečerpávajú pomocou sodíkovej pumpy.

Táto teória prenosu vzruchu je membránová teória a jej autormi sú Hodgkin a Huxley.

Centrálny a periférny nervový systém

Z hľadiska funkčného a anatomického rozdeľujeme nervovú sústavu na centrálnu nervovú sústavu (CNS), ktorú tvoria mozog a miecha, a periférnu nervovú sústavu (PNS), ktorú tvoria nervy umiestnené mimo mozgu a miechy, teda hlavové a miechové nervy.

Centrálna nervová sústava je s organizmom spojená prostredníctvom periférnych nervov. Periférny nervový systém je tvorený z 12 párov hlavových nervov, ktoré sú spojené s mozgom, a z 31 párov miechových nervov, ktoré sú pripojené k mieche.

Senzorické nervy vedú informáciu z receptorov na tele do CNS. Motorické nervy vedú informáciu z CNS ku svalovým vláknam.

Z hľadiska riadenia ju delíme na mozgomiechový systém (somatický), ktorý ovládame vôľou, a autonómny nervový systém (vegetatívny), ktorý pracuje nezávisle od našej vôle a riadi činnosť vnútorných orgánov.

Miecha ako spojenie medzi mozgom a motoneurónom

Hlavnou funkciou miechy u ľudí a ostatných vyšších stavovcov je najmä nervové prepojenie mozgu so zvyškom tela a prevod informácií. Miecha je zároveň dôležitým reflexným ústredím.

Miecha je valcovitý povrazec dlhý asi 40-45 cm a s priemerom približne 1 cm, ktorý je uložený v chrbticovom kanáli. Na priečnom priereze sa skladá z bielej hmoty na povrchu a sivej hmoty vo vnútri.

Bielu hmotu miechy tvoria myelinizované nervové dráhy, ktoré majú prevodovú funkciu. Prednými povrazcami prechádzajú zostupné dráhy, ktoré vedú príkazy z mozgovej kôry do svalov končatín a trupu pre vedomé pohyby.

Najdôležitejšia je tzv. pyramídová dráha, hlavná motorická dráha, ktorá sa na hranici s predĺženou miechou kríži. Preto ľavá polovica mozgu ovláda pravú polovicu tela a pravá polovica mozgu ovláda ľavú polovicu tela.

Sivá hmota má na priereze tvar písmena H alebo motýlích krídel. Nervové bunky tvoriace sivú hmotu vytvárajú v mieche stĺpce, ktoré na priereze vidíme ako rohy.

• Predné miechové rohy tvoria motorické nervové bunky - motoneuróny, ktorých axóny vedú príkazy priamo ku kostrovým svalom.
• Zadné miechové rohy tvoria senzitívne neuróny prijímajúce signály z periférie.
• Bočné miechové rohy sú viditeľné najmä v hrudnej časti a nachádzajú sa v nich bunky autonómneho nervového systému.

Z postranných rýh vystupujú z miechy zväzky nervových vláken - predné a zadné miechové korene. Zadný koreň je dostredivý (aferentný, senzitívny) a predný koreň je odstredivý (eferentný, motorický). Ich spojením vzniká zmiešaný miechový nerv.

Motorická dráha od mozgovej kôry k svalu

Základný impulz volnému pohybu ide cez kortikospinálnu dráhu a riadenie intenzity je zabezpečené za prítomnosti proprioceptívnych reflexov.

Kortikospinálna dráha (pyramídová) začína v primárnej a sekundárnej motorickej kôre. Tractus corticospinalis prebieha z capsula interna cez koncový mozog a mozgovú kôru, pričom väčšina vlákien sa prekríži v decussatio pyramidum v dolnej časti predĺženej miechy.

Po prekrížení prebieha väčšina vlákien v kontralaterálnych postranných povrazcoch miechy. Približne 75 % vlákien končí na interneurónoch a 25 % vlákien končí na motoneurónoch v predných rohoch miechy.

Na riadení pohybu sa podieľajú spinálna miecha, mozgový kmeň, mozoček, bazálne gangliá a mozgová kôra. Jednotlivé oddiely CNS sú vzájomne prepojené vzostupnými a zostupnými dráhami a tvoria funkčné celky.

Vzájomná koordinácia agonistov, antagonistov a synergistov je nevyhnutná. Funkcia spätnej väzby spočíva v tom, že výsledok činnosti spätne ovplyvňuje zvýšenie alebo zníženie danej činnosti.

α-motoneurón ako konečná spoločná dráha

V predných rohoch miechy sa nachádzajú α-motoneuróny, ktoré sú veľké neuróny predných rohov miechy. Končí tu kortikospinálna dráha a začína motorická jednotka.

Kontrakcia svalu vzniká priamym podnetom z α-motoneurónov alebo nepriamo reflexne cez γ-motoneuróny. Všetky vplyvy spôsobujúce svalovú kontrakciu sa uplatňujú α-motoneurónmi.

Motorické vlákna sú axóny miechových buniek, ktoré vedú impulzy ku svalovým vláknam a vyvolávajú ich smrštenie. Dajú sa rozdeliť na dva typy: alfa-motoneuróny a gama-motoneuróny.

• α-motoneuróny vedú impulzy k vlastným kontraktilným svalovým vláknam a prostredníctvom motorickej platničky vyvolávajú ich kontrakciu.
• γ-motoneuróny inervujú vlákna vo svalových vretienkach, teda intrafuzálne vlákna.

Gama-motoneuróny sú malé neuróny predných rohov miechy a inervujú svalové vretienka. Pri pro- alebo pri preťahovaní vretienka vzruchy priamou kolaterálou facilitujú činnosť vlastného α-motoneurónu agonistu a kolaterálou cez interneurón inhibujú antagonistu.

Motorická jednotka

Motorická jednotka je skupina svalových vlákien, ktorá je inervovaná jedinou nervovou bunkou, motoneurónom. Je základom motorického systému a je najmenšou komponentou, ktorú možno samostatne aktivovať.

Axón motoneurónu sa po vstupe do svalu vetví a jeho terminálne vlákno inervuje vždy jedno svalové vlákno. Vzniká synapsa - nervosvalová platnička.

Svaly vykonávajúce hrubé pohyby majú motorickú jednotku veľkú, až 150 svalových vlákien. Naopak svaly vykonávajúce jemné a presné pohyby, napríklad svaly očnej gule, ju majú malú, približne 8-15 svalových vlákien.

Nervosvalová platnička

Motorická platnička je miesto, kde sa posledný motoneurón stretáva so svalovou bunkou. Keď akčný potenciál dorazí axónom až na jeho koniec, uvoľní sa mediátor.

V nervovej sústave sú chemickými prenášačmi napríklad acetylcholín a noradrenalín. Keď sa uvoľní acetylcholín, vlákna sa nazývajú cholinergné vlákna, medzi ktoré patria napríklad motorické nervy riadiace kostrové svaly.

Naviazanie mediátora, ktorým je acetylcholín, na receptor vyvoláva ďalší akčný potenciál, ktorý sa šíri po membránach svalových buniek.

Motorická platnička je teda miesto, kde dochádza k zakončeniu motorického vlákna na svalovom vlákne. Aby tu došlo k prenosu signálu, musí sa vylúčiť acetylcholín.

Nervosvalová platnička obsahuje axón, sarkolemu, synaptické vezikuly, acetylcholínové receptory a mitochondrie.

Chemický prenos signálu na synapse

Vedenie vzruchu cez synapsie nemá taký priebeh ako vedenie vzruchu vo vláknach. Ide tu o chemické vedenie vzruchu pomocou chemických látok, teda prenášačov, mediátorov alebo neurotransmiterov.

Keď sa uvoľní acetylcholín, neuvoľní sa aj noradrenalín, a vlákna sa budú nazývať cholinergné vlákna. Keď sa uvoľní noradrenalín, neuvoľní sa acetylcholín, a vlákna sa budú nazývať adrenergické vlákna.

Na nervosvalovej platničke je rozhodujúci acetylcholín. Po jeho uvoľnení do synaptickej štrbiny sa naviaže na receptory na sarkoleme svalového vlákna a vyvolá zmenu elektrického napätia na jeho membráne.

Táto zmena vytvorí svalový akčný potenciál, ktorý sa šíri po membráne svalovej bunky. Nervový signál sa tak mení na elektrický signál svalového vlákna a následne na mechanickú kontrakciu.

Reflexná cesta k svalovej kontrakcii

Reflex je automatická, fyziologická odpoveď organizmu na podráždenie a prebieha po dráhe nazývanej reflexný oblúk. Reflexný oblúk sa skladá z piatich častí: receptor, aferentná dráha, centrum, eferentná dráha a efektor.

1. Receptor zaznamená podnet.
2. Dostredivá aferentná dráha vedie informáciu do centrálneho nervového systému.
3. Reflexné centrum spracuje informáciu v sivej hmote miechy alebo vo vyšších oddieloch CNS.
4. Odstredivá eferentná dráha vedie motorický signál k efektoru.
5. Efektor, napríklad sval, vykoná odpoveď.

Monosynaptické míšne reflexy, teda proprioceptívne, myotaktické alebo napínacie reflexy, prevádzajú vzruch na α-motoneuróny toho istého svalu. Pri monosynaptických reflexoch sa dostredivý neurón priamo, iba cez jednu synapsu, spája s motorickým neurónom.

Polysynaptické miechové reflexy vznikajú vložením rôzneho počtu interneurónov. Pri podráždení senzitívnych receptorov v koži slúžia na zložitejšie, často obranné reakcie, napríklad na odtiahnutie ruky od horúceho predmetu.

Propriocepcia a koordinácia kontrakcie

Hlavnou úlohou propriocepcie je informovať centrum o pravdepodobnom pohybe. Receptory sú svalové vretienka, ktoré sa aktivujú pri preťahovaní svalu, a Golgiho šľachové telieska.

Pri aktivácii svalových vretienok dochádza k facilitácii agonistu a inhibícii antagonistu. Golgiho šľachové telieska inhibujú agonisty a facilitujú antagonistov.

Vzájomná koordinácia agonistov, antagonistov a synergistov je nevyhnutná. Recipročná inervácia znamená opačný účinok na motoneuróny antagonistických svalov.

Záporná spätná väzba spočíva v tom, že interneurón pri svojej aktivácii uvoľňuje inhibičný transmiter a inhibuje vlastný motoneurón. Princíp prevahy vyšších oddielov CNS umožňuje dokonalejšie riadenie pohybu.

Úloha svalového tonusu

Svalový tonus je stupeň odporu pri pasívnom pohybe v kĺbe. Ide o reflexne udržiavané napätie svalu.

Príčinou svalového tonusu je nízkofrekvenčná vzruchová aktivita α-motoneurónov. Tonus je dôsledkom bombardovania akčnými potenciálmi, ktoré prichádzajú z vyšších etáží CNS a z aferentných vlákien somatosenzorických receptorov.

Mozoček monitoruje proprioceptívne, vizuálne, hmatové, rovnovážne a sluchové vnemy. Zohráva kľúčovú úlohu v koordinácii napätia kostrových svalov, podieľa sa na udržiavaní vzpriamenej polohy tela a na ukladaní spomienok na naučené pohybové vzorce.

Stredný mozog obsahuje červené jadro, ktoré riadi svalový tonus, a čiernu hmotu, ktorá reguluje motorické funkcie v spolupráci s bazálnymi gangliami.

Inervácia svalu

Do každého svalu vstupuje nerv, ktorý sa skladá z jednotlivých nervových vlákien. Nervové vlákna obsiahnuté v nerve vstupujúcom do svalu sú trojakého typu: motorické, senzitivné a vegetatívne.

Nervy vstupujú do svalu v mieste, ktoré sa nazýva neurovaskulárny hilus. Spolu s nervami sem vstupujú aj cievy. Je to špecifické miesto pre každý sval.

Pri poškodení neurovaskulárneho hilu sa sval stáva nefunkčným a atrofuje. Vegetatívne vlákna sa v priečne pruhovanom svalstve podieľajú na inervácii stien ciev, regulujú ich priesvit a tým aj prietok krvi svalom.

Senzitívne vlákna odvádzajú informáciu o napätí a orientácii svalu z receptorov hlbokého čitia, teda zo svalových vretienok a šľachových vretienok. Informácia o bolesti prichádza z voľných nervových zakončení, ktoré sú rôzne usporiadané okolo svalových vlákien.

Bunky senzitivných vlákien sú uložené v spinálnom gangliu. Vegetatívne, teda autonómne vlákna, sa podieľajú predovšetkým na inervácii orgánov a hladkého svalstva.

Priama postupnosť nervového vzruchu ku kontrakcii

1. Motorická kôra alebo reflexné centrum vytvorí motorický príkaz.
2. Signál zostupuje motorickými dráhami do miechy.
3. V prednom rohu miechy aktivuje α-motoneurón.
4. Axón α-motoneurónu vedie akčný potenciál periférnym motorickým nervom.
5. Akčný potenciál dorazí k terminálnemu zakončeniu axónu v nervosvalovej platničke.
6. Do synaptickej štrbiny sa uvoľní acetylcholín.
7. Acetylcholín sa naviaže na receptory sarkolemy svalového vlákna.
8. Na membráne svalovej bunky vznikne akčný potenciál.
9. Akčný potenciál sa šíri po membráne svalového vlákna.
10. Svalové vlákno odpovie kontrakciou.

Pri pohybe dochádza ku kombinácii mimovoľnej a vôľovej aktivity motorického systému. Mimovoľná aktivita je stereotypná a rýchla a vyvoláva sa stimulom, zatiaľ čo vôľová aktivita je riadená vedomým motorickým príkazom.

Poruchy motoneurónu a svalovej kontrakcie

Pri lézii centrálneho a periférneho motoneurónu sa objaví porucha hybnosti, od ľahkej straty svalovej sily a neobratnosti až po stratu aktívneho pohybu, ktorá môže byť čiastočná alebo úplná.

• Frustná lézia je ľahká lézia.
• Paréza je čiastočná porucha hybnosti.
• Monoparéza znamená postihnutie jednej končatiny.
• Hemiparéza znamená postihnutie jednej polovice tela.
• Paraparéza znamená postihnutie dolných končatín.
• Triparéza znamená postihnutie troch končatín.
• Kvadruparéza znamená postihnutie všetkých končatín.
• Plegia je kompletná porucha hybnosti.

Pri centrálnej lézii je porušených viac svalových skupín. Na horných končatinách býva viac postihnutá extenzia prstov a lakťa a abdukcia v ramene. Na dolných končatinách býva postihnutá flexia v bedrovom kĺbe a kolene a dorzálna flexia nohy.

Pri periférnej lézii porucha zodpovedá príslušnej inervačnej oblasti. Pri centrálnej lézii sú reflexy zvýšené v dôsledku spasticity, zatiaľ čo pri periférnej lézii sú znížené až vyhasnuté.

Centrálnu spastickú léziu charakterizuje hypertonia, pričom v akútnej fáze môže vzniknúť pseudochabá paréza. Periférna chabá lézia vedie k hypotonii alebo atonii.

Pri lézii bazálnych ganglií vzniká rigidita, teda hypertonia agonistu aj antagonistu a hyperaktivita α-motoneurónov.

Prerušenie vplyvov motoneurónov predných rohov miechy spôsobuje svalovú atrofiu. Pri centrálnej lézii zostáva trofika v norme, zatiaľ čo pri periférnej lézii vzniká svalová atrofia pri poškodení ktorejkoľvek časti motorickej jednotky.

Fascikulácie sú prejavom periférnych porúch a predstavujú spontánne kontrakcie skupín svalových vláken. Fibrilácie sú prejavom periférneho postihnutia a predstavujú spontánne kontrakcie jedného svalového vlákna; nie sú viditeľné a zachytávajú sa iba na EMG.

tags: #nervovy #vzruch #pre #svalovu #kontrakciu #motoneuron