Casus 4; neurotransmissie: de rol van dopamine bij psychose en parkinsonisme
Probleemstellingen
- Dopamine en dopaminereceptoragonist
- Werking neurotransmissie
- Invloed van dopamine medicatie op trillen
- Ziekte van Parkinson
- Wat is een psychose
Brainstorm
- agonist is een versterker; dopaminereceptoragonist → effect van dopamine versterkt
dus het dopamine level is hier laag
- antagonist is een inhibitor; dopaminereceptorantagonist → effect verminderd,
dopamine level is hier hoog
- Dopamine → word je blij van, hangt af van de receptoren
- Waar heeft de dopamine zijn werking → in de hersenen: gebied van emotie
(blijdschapsgebied → blijdschap)
- Casus: parkinson patiënt → werkt op bewegingscentra
- Casus: paranoïdale psychose patiënt → zicht
- Neurotransmissie: stofjes afgegeven in synapsen, zenuwcellen kunnen
communiceren → serotonine, acetylcholine, dopamine, etc.
- Actiepotentiaal → Ca2+, K+ en Na+ tot bepaald potentiaal hoogte = actiepotentiaal
- Invloed van dopamine medicatie op trillen
- Psychose → verschillende soorten psychose → waanbeelden, hallucinaties
Leerdoelen
1) Hoe werkt neurotransmissie?
2) Wat is de werking van dopamine?
- Locatie: waar werkt het?
- Verschillende effecten op deze plekken?
- Hoe wordt het aangemaakt?
- Hoe wordt het afgebroken?
- Dopamine medicatie
3) Wat zijn de belangrijkste neurotransmitters?
- Hoe zijn ze ingedeeld?
- Functies
4) Wat gebeurt er als je te veel of te weinig dopamine hebt?
5) Anatomie & fysiologie van de zenuwcellen?
- Indeling: uni, bi, multipolair
Uitwerken leerdoelen
1) Hoe werkt neurotransmissie?
Begrippen
Rustpotentiaal → De waarde van het rustpotentiaal varieert van -40 mV tot -90 mV in
verschillende type neuronen. De binnenkant van het membraan (cytoplasma) is normaal
negatief geladen ten opzichte van de buitenkant. In deze toestand zijn de activeringspoorten
van de voltage-gated natrium en kalium kanalen gesloten. De Na+/K+-pomp pompt
natriumionen uit de cel en kalium ionen in de cel (3 Na uit, 2 Ka in). Hiervoor is energie
,nodig, omdat de pomp ionen verplaatst in tegenovergestelde richting als de
elektrochemische stuwende kracht van de ionen. Deze energie wordt geleverd door de
hydrolyse van ATP. Voor elk ATP-molecuul dat gehydrolyseerd wordt, pompt de Na/K-pomp
3 natriumionen de cel uit en 2 kaliumionen de cel in. Het rustpotentiaal hangt af van (1)
verschil in natrium en kalium concentratie extracellulair en intracellulair (2) verschil in
permeabiliteit van het plasmamembraan voor deze ionen.
Actiepotentiaal → Neuronen gebruiken verandering in het membraanpotentiaal als signaal
om informatie te ontvangen, te integreren en te verzenden
Depolarisatie → Is een verlaging in het membraanpotentiaal, intracellulair wordt dan minder
negatief dan het rustpotentiaal.
Hyperpolarisatie → Is een stijging in het membraanpotentiaal, intracellulair wordt dan meer
negatief dan het rustpotentiaal.
Repolarisatie → Is de terugkeer na de depolarisatie naar het rustpotentiaal.
Relatieve refractaire periode → Stimulatie is mogelijk maar moeilijk, periode na de absolute
rafractaire periode.
Absolute refractaire periode → Stimulatie is echt niet mogelijk, doordat er al net een
actiepotentiaal is gegenereerd.
Alles of niets principe → Dit principe stelt dat een neuron een actiepotentiaal of impuls
genereert met een vastgestelde amplitude en duur zodra de stimulus de drempelwaarde
bereikt, maar dat de sterkte of grootte van de stimulus zelf geen invloed heeft op de grootte
of kracht van de actiepotentiaal.
Werking neurotransmissie
Rusttoestand (alle natrium en kalium kanalen zijn gesloten) → -70 mV. Alleen de
leaky-channels zijn open, waarbij het rustpotentiaal wordt behouden.
Depolarisatie (natrium kanalen zijn open) → Terwijl lokale stromen het axonmembraan
depolariseren, gaan de spanningsafhankelijke natriumkanalen open en stroomt natrium
richting intracellulair. Deze instroom van positieve lading, zorgt ervoor dat er nog meer
natriumkanalen openen (snowball-effect). Wanneer depolarisatie de drempelwaarde (-50
mV) bereikt, wordt de depolarisatie zelf gegenereerd door de positieve feedback. Het
membraan depolariseert verder, totdat alle natriumkanalen geopend zijn. Het
membraanpotentiaal zal stijgen tot ongeveer 30 mV, natrium zal verder niet meer de cel
instromen.
Repolarisatie (natrium kanalen dicht, kalium kanalen open) → Het actiepotentiaal is
zelf-limiterend, omdat de inactivatie poorten van natrium kanalen gaan sluiten. Als gevolg
neemt de membraanpermeabiliteit voor natrium af en stopt de netto influx van natrium
volledig. De kaliumkanalen worden nu geopend en kalium kan de cel uit. Dit herstelt de
interne negativiteit van het rustende neuron, waardoor het membraan
repolariseert. Zowel de abrupte afname van de natrium-permeabiliteit als de verhoogde
permeabiliteit voor kalium dragen bij aan de repolarisatie.
Hyperpolarisatie (sommige kalium kanalen blijven open, natrium kanalen resetten) → De
periode van verhoogde kalium permeabiliteit duurt langer dan nodig is om de rusttoestand te
herstellen, waardoor er een hyperpolarisatie plaatsvindt door de overmatige kalium efflux.
Natrium-kanalen beginnen nu terug te gaan naar hun oorspronkelijke positie door hun vorm
te veranderen, waardoor de hyperpolarisatie wordt hersteld en de rusttoestand weer wordt
bereikt (figuur 1).
, Chemische synaps
De keten van gebeurtenissen die plaatsvindt bij een chemische synaps zijn (figuur 2);
1. Actiepotentiaal komt aan bij axonterminaal. Neurotransmissie bij een chemische
synaps begint met de aankomst van een actiepotentiaal bij het presynaptische
axonuiteinde.
2. Spanningsgeactiveerde Ca2+-kanalen openen zich en Ca2+ komt het axonuiteinde
binnen. De depolarisatie van het membraan door de actiepotentiaal opent niet alleen
Na+-kanalen maar ook spanningsafhankelijke Ca2+-kanalen. Gedurende de korte
tijd dat de Ca2+-kanalen open zijn, stroomt Ca2+ langs de elektrochemische gradiënt
vanuit de extracellulaire vloeistof naar het axonuiteinde.
3. Het binnenstromen van Ca2+ zorgt ervoor dat synaptische vesikels neurotransmitter
vrijgeven door exocytose. De toevloed van Ca2+ in het axon eindpunt werkt als een
intracellulaire boodschapper. Een Ca2+-sensing proteïne (synaptotagmin) bindt
Ca2+en interageert met de SNARE proteïnen, die membraanfusie regelen. Als
gevolg daarvan versmelten synaptische vesikels met het axonmembraan en legen
hun inhoud door exocytose in de synaptische spleet. Het Ca2+ wordt dan snel
verwijderd uit de terminal: het wordt ofwel opgenomen in de mitochondriën of uit het
neuron geworpen door een actieve Ca2+ pomp. Voor elke zenuwimpuls die de
presynaptische terminal bereikt, legen vele vesikels zich in de synaptische spleet.
Hoe hoger de impulsfrequentie (hoe intensiever de stimulus), hoe groter het aantal
synaptische blaasjes dat samensmelt en zijn inhoud morst, en hoe groter het effect
op de postsynaptische cel.
4. Neurotransmitter verspreidt zich over de synaptische spleet en bindt zich aan
specifieke receptoren op het postsynaptische membraan.
5. Binding van een neurotransmitter opent ionenkanalen, waardoor graded potentials
ontstaan. Wanneer een neurotransmitter bindt aan het receptoreiwit, verandert deze
receptor zijn driedimensionale vorm. Deze verandering opent op haar beurt
ionenkanalen en creëert graded potentials. Postsynaptische membranen bevatten
vaak receptoreiwitten en ionenkanalen die samen verpakt zijn als chemisch-gated
ionenkanalen. Afhankelijk van het receptoreiwit waaraan de neurotransmitter bindt en
het type kanaal dat de receptor aanstuurt, kan het postsynaptische neuron ofwel
geëxciteerd ofwel geremd worden.
6. Neurotransmitter effecten worden beëindigd. De binding van een neurotransmitter
aan zijn receptor is omkeerbaar. Zolang een neurotransmitter aan een
postsynaptische receptor gebonden is, blijft hij de membraanpermeabiliteit
beïnvloeden en de ontvangst van extra signalen van presynaptische neuronen
blokkeren. Daarom is er een manier nodig om "de postsynaptische lei schoon te
vegen". De effecten van neurotransmitters duren in het algemeen enkele
milliseconden voordat zij op een van de volgende drie manieren worden beëindigd,
afhankelijk van de specifieke neurotransmitter;
- Heropname door astrocyten of de presynaptische terminal, waar de
neurotransmitter wordt opgeslagen of vernietigd door enzymen.
- Afbraak door enzymen die verbonden zijn met het postsynaptische
membraan of aanwezig zijn in de synaps.
- Diffusie weg van de synaps.
Probleemstellingen
- Dopamine en dopaminereceptoragonist
- Werking neurotransmissie
- Invloed van dopamine medicatie op trillen
- Ziekte van Parkinson
- Wat is een psychose
Brainstorm
- agonist is een versterker; dopaminereceptoragonist → effect van dopamine versterkt
dus het dopamine level is hier laag
- antagonist is een inhibitor; dopaminereceptorantagonist → effect verminderd,
dopamine level is hier hoog
- Dopamine → word je blij van, hangt af van de receptoren
- Waar heeft de dopamine zijn werking → in de hersenen: gebied van emotie
(blijdschapsgebied → blijdschap)
- Casus: parkinson patiënt → werkt op bewegingscentra
- Casus: paranoïdale psychose patiënt → zicht
- Neurotransmissie: stofjes afgegeven in synapsen, zenuwcellen kunnen
communiceren → serotonine, acetylcholine, dopamine, etc.
- Actiepotentiaal → Ca2+, K+ en Na+ tot bepaald potentiaal hoogte = actiepotentiaal
- Invloed van dopamine medicatie op trillen
- Psychose → verschillende soorten psychose → waanbeelden, hallucinaties
Leerdoelen
1) Hoe werkt neurotransmissie?
2) Wat is de werking van dopamine?
- Locatie: waar werkt het?
- Verschillende effecten op deze plekken?
- Hoe wordt het aangemaakt?
- Hoe wordt het afgebroken?
- Dopamine medicatie
3) Wat zijn de belangrijkste neurotransmitters?
- Hoe zijn ze ingedeeld?
- Functies
4) Wat gebeurt er als je te veel of te weinig dopamine hebt?
5) Anatomie & fysiologie van de zenuwcellen?
- Indeling: uni, bi, multipolair
Uitwerken leerdoelen
1) Hoe werkt neurotransmissie?
Begrippen
Rustpotentiaal → De waarde van het rustpotentiaal varieert van -40 mV tot -90 mV in
verschillende type neuronen. De binnenkant van het membraan (cytoplasma) is normaal
negatief geladen ten opzichte van de buitenkant. In deze toestand zijn de activeringspoorten
van de voltage-gated natrium en kalium kanalen gesloten. De Na+/K+-pomp pompt
natriumionen uit de cel en kalium ionen in de cel (3 Na uit, 2 Ka in). Hiervoor is energie
,nodig, omdat de pomp ionen verplaatst in tegenovergestelde richting als de
elektrochemische stuwende kracht van de ionen. Deze energie wordt geleverd door de
hydrolyse van ATP. Voor elk ATP-molecuul dat gehydrolyseerd wordt, pompt de Na/K-pomp
3 natriumionen de cel uit en 2 kaliumionen de cel in. Het rustpotentiaal hangt af van (1)
verschil in natrium en kalium concentratie extracellulair en intracellulair (2) verschil in
permeabiliteit van het plasmamembraan voor deze ionen.
Actiepotentiaal → Neuronen gebruiken verandering in het membraanpotentiaal als signaal
om informatie te ontvangen, te integreren en te verzenden
Depolarisatie → Is een verlaging in het membraanpotentiaal, intracellulair wordt dan minder
negatief dan het rustpotentiaal.
Hyperpolarisatie → Is een stijging in het membraanpotentiaal, intracellulair wordt dan meer
negatief dan het rustpotentiaal.
Repolarisatie → Is de terugkeer na de depolarisatie naar het rustpotentiaal.
Relatieve refractaire periode → Stimulatie is mogelijk maar moeilijk, periode na de absolute
rafractaire periode.
Absolute refractaire periode → Stimulatie is echt niet mogelijk, doordat er al net een
actiepotentiaal is gegenereerd.
Alles of niets principe → Dit principe stelt dat een neuron een actiepotentiaal of impuls
genereert met een vastgestelde amplitude en duur zodra de stimulus de drempelwaarde
bereikt, maar dat de sterkte of grootte van de stimulus zelf geen invloed heeft op de grootte
of kracht van de actiepotentiaal.
Werking neurotransmissie
Rusttoestand (alle natrium en kalium kanalen zijn gesloten) → -70 mV. Alleen de
leaky-channels zijn open, waarbij het rustpotentiaal wordt behouden.
Depolarisatie (natrium kanalen zijn open) → Terwijl lokale stromen het axonmembraan
depolariseren, gaan de spanningsafhankelijke natriumkanalen open en stroomt natrium
richting intracellulair. Deze instroom van positieve lading, zorgt ervoor dat er nog meer
natriumkanalen openen (snowball-effect). Wanneer depolarisatie de drempelwaarde (-50
mV) bereikt, wordt de depolarisatie zelf gegenereerd door de positieve feedback. Het
membraan depolariseert verder, totdat alle natriumkanalen geopend zijn. Het
membraanpotentiaal zal stijgen tot ongeveer 30 mV, natrium zal verder niet meer de cel
instromen.
Repolarisatie (natrium kanalen dicht, kalium kanalen open) → Het actiepotentiaal is
zelf-limiterend, omdat de inactivatie poorten van natrium kanalen gaan sluiten. Als gevolg
neemt de membraanpermeabiliteit voor natrium af en stopt de netto influx van natrium
volledig. De kaliumkanalen worden nu geopend en kalium kan de cel uit. Dit herstelt de
interne negativiteit van het rustende neuron, waardoor het membraan
repolariseert. Zowel de abrupte afname van de natrium-permeabiliteit als de verhoogde
permeabiliteit voor kalium dragen bij aan de repolarisatie.
Hyperpolarisatie (sommige kalium kanalen blijven open, natrium kanalen resetten) → De
periode van verhoogde kalium permeabiliteit duurt langer dan nodig is om de rusttoestand te
herstellen, waardoor er een hyperpolarisatie plaatsvindt door de overmatige kalium efflux.
Natrium-kanalen beginnen nu terug te gaan naar hun oorspronkelijke positie door hun vorm
te veranderen, waardoor de hyperpolarisatie wordt hersteld en de rusttoestand weer wordt
bereikt (figuur 1).
, Chemische synaps
De keten van gebeurtenissen die plaatsvindt bij een chemische synaps zijn (figuur 2);
1. Actiepotentiaal komt aan bij axonterminaal. Neurotransmissie bij een chemische
synaps begint met de aankomst van een actiepotentiaal bij het presynaptische
axonuiteinde.
2. Spanningsgeactiveerde Ca2+-kanalen openen zich en Ca2+ komt het axonuiteinde
binnen. De depolarisatie van het membraan door de actiepotentiaal opent niet alleen
Na+-kanalen maar ook spanningsafhankelijke Ca2+-kanalen. Gedurende de korte
tijd dat de Ca2+-kanalen open zijn, stroomt Ca2+ langs de elektrochemische gradiënt
vanuit de extracellulaire vloeistof naar het axonuiteinde.
3. Het binnenstromen van Ca2+ zorgt ervoor dat synaptische vesikels neurotransmitter
vrijgeven door exocytose. De toevloed van Ca2+ in het axon eindpunt werkt als een
intracellulaire boodschapper. Een Ca2+-sensing proteïne (synaptotagmin) bindt
Ca2+en interageert met de SNARE proteïnen, die membraanfusie regelen. Als
gevolg daarvan versmelten synaptische vesikels met het axonmembraan en legen
hun inhoud door exocytose in de synaptische spleet. Het Ca2+ wordt dan snel
verwijderd uit de terminal: het wordt ofwel opgenomen in de mitochondriën of uit het
neuron geworpen door een actieve Ca2+ pomp. Voor elke zenuwimpuls die de
presynaptische terminal bereikt, legen vele vesikels zich in de synaptische spleet.
Hoe hoger de impulsfrequentie (hoe intensiever de stimulus), hoe groter het aantal
synaptische blaasjes dat samensmelt en zijn inhoud morst, en hoe groter het effect
op de postsynaptische cel.
4. Neurotransmitter verspreidt zich over de synaptische spleet en bindt zich aan
specifieke receptoren op het postsynaptische membraan.
5. Binding van een neurotransmitter opent ionenkanalen, waardoor graded potentials
ontstaan. Wanneer een neurotransmitter bindt aan het receptoreiwit, verandert deze
receptor zijn driedimensionale vorm. Deze verandering opent op haar beurt
ionenkanalen en creëert graded potentials. Postsynaptische membranen bevatten
vaak receptoreiwitten en ionenkanalen die samen verpakt zijn als chemisch-gated
ionenkanalen. Afhankelijk van het receptoreiwit waaraan de neurotransmitter bindt en
het type kanaal dat de receptor aanstuurt, kan het postsynaptische neuron ofwel
geëxciteerd ofwel geremd worden.
6. Neurotransmitter effecten worden beëindigd. De binding van een neurotransmitter
aan zijn receptor is omkeerbaar. Zolang een neurotransmitter aan een
postsynaptische receptor gebonden is, blijft hij de membraanpermeabiliteit
beïnvloeden en de ontvangst van extra signalen van presynaptische neuronen
blokkeren. Daarom is er een manier nodig om "de postsynaptische lei schoon te
vegen". De effecten van neurotransmitters duren in het algemeen enkele
milliseconden voordat zij op een van de volgende drie manieren worden beëindigd,
afhankelijk van de specifieke neurotransmitter;
- Heropname door astrocyten of de presynaptische terminal, waar de
neurotransmitter wordt opgeslagen of vernietigd door enzymen.
- Afbraak door enzymen die verbonden zijn met het postsynaptische
membraan of aanwezig zijn in de synaps.
- Diffusie weg van de synaps.
