Alai

Ihmisen hermosto voidaan jakaa kahteen vuorovaikutuksessa olevaan osajärjestelmään: ääreishermostoon (PNS) ja keskushermostoon (CNS). CNS koostuu aivoista ja selkäytimestä. Perifeerinen hermosto on laaja hermoverkosto, joka yhdistää keskushermoston lihaksiin ja aistirakenteisiin. Näiden järjestelmien suhdetta on havainnollistettu kuvassa 1.

Kuva 1. Ihmisen hermoston keskeiset osat on esitetty tässä kuvassa. Keskushermosto (CNS) koostuu aivoista ja selkäytimestä. Se on yhteydessä ääreishermostoon (PNS), joka on koko kehoon ulottuva hermoverkosto.

Keskushermosto

Aivot ovat kehon monimutkaisin ja herkin elin. Se vastaa kaikista kehon toiminnoista, muun muassa toimii kaikkien aistimusten, liikkuvuuden, tunteiden ja älyn koordinoivana keskuksena. Aivoja suojaavat kallon luut, joita puolestaan peittää päänahka, kuten kuvassa 2 on esitetty. Päänahka koostuu uloimmasta ihokerroksesta, joka on löyhästi kiinnittynyt aponeuroosiin, litteään, leveään jännekerrokseen, joka ankkuroi ihon pintakerrokset. Aponeuroosin alapuolella oleva luukalvo ympäröi tiukasti kallon luita ja tarjoaa suojaa, luun ravitsemusta ja luun korjauskykyä. Kallon luisen kerroksen alapuolella on kolme aivokalvoiksi kutsuttua kalvokerrosta, jotka ympäröivät aivoja. Aivokalvojen suhteellinen sijainti on esitetty kuvassa 2. Kallon luita lähimpänä olevaa aivokalvokerrosta kutsutaan dura materiksi (joka tarkoittaa kirjaimellisesti kovaa äitiä). Dura materin alapuolella on araknoidaalimassa (kirjaimellisesti hämähäkkimäinen äiti). Sisin aivokalvokerros on herkkä kalvo, jota kutsutaan pia materiksi (kirjaimellisesti hellävarainen äiti). Toisin kuin muut aivokalvokerrokset, pia mater on tiukasti kiinni aivojen kierteisessä pinnassa. Arachnoidaalikalvon ja pia materin välissä on subaraknoidaalinen tila. Tämän alueen subaraknoidaalitila on täynnä aivo-selkäydinnestettä. Tätä vetistä nestettä tuottavat suonikalvopleksin solut – kussakin aivokammiossa olevat alueet, jotka koostuvat kuutiomaisista epiteelisoluista, jotka ympäröivät tiheitä kapillaarikerroksia. CSF:n tehtävänä on toimittaa ravinteita ja poistaa jätteitä hermokudoksista.

Kuva 2. Ihmisen aivoja ympäröiviin kudoskerroksiin kuuluu kolme aivokalvoa: dura mater, arachnoidal mater ja pia mater. (luotto: National Institutes of Healthin työn muokkaus)

Veri-aivoeste

Keskushermoston kudoksilla on lisäsuojaa sikäli, että ne eivät altistu verelle tai immuunijärjestelmälle samalla tavalla kuin muut kudokset. Verisuonet, jotka toimittavat aivoihin ravinteita ja muita kemiallisia aineita, sijaitsevat pia materin päällä. Aivoissa näihin verisuoniin liittyvät kapillaarit ovat vähemmän läpäiseviä kuin muualla elimistössä. Kapillaarien endoteelisolut muodostavat tiiviitä liitoksia, jotka ohjaavat veren komponenttien siirtymistä aivoihin. Lisäksi kallon kapillaareissa on paljon vähemmän fenestraa (huokosmaisia rakenteita, jotka on suljettu kalvolla) ja pinosytoottisia vesikkeleitä kuin muissa kapillaareissa. Tämän seurauksena verenkiertojärjestelmässä olevilla aineilla on hyvin rajallinen kyky olla suoraan vuorovaikutuksessa keskushermoston kanssa. Tätä ilmiötä kutsutaan veri-aivoesteeksi.

Veri-aivoeste suojaa aivo-selkäydinnestettä kontaminaatiolta, ja se voi olla varsin tehokas mahdollisten mikrobipatogeenien poissulkemisessa. Näiden puolustusten seurauksena aivo-selkäydinnesteessä ei ole normaalia mikrobistoa. Veri-aivoeste estää myös monien lääkkeiden kulkeutumisen aivoihin, erityisesti sellaisten yhdisteiden, jotka eivät ole lipidiliukoisia. Tällä on syvällisiä vaikutuksia hoitoihin, joihin liittyy keskushermoston infektioita, koska lääkkeiden on vaikea ylittää veri-aivoeste ja olla vuorovaikutuksessa infektioita aiheuttavien patogeenien kanssa.

Selkäytimessä on myös samanlaisia suojarakenteita kuin aivoja ympäröivissä rakenteissa. Nikamien luiden sisällä on aivokalvoja, jotka koostuvat kovakalvosta (dura mater, jota joskus kutsutaan dura-tupeksi), araknoidaalisesta kovakalvosta ja pia materista, sekä veri- ja selkäydinesteestä, joka ohjaa verenkomponenttien kulkeutumista selkäytimeen liittyvistä verisuonista.

Voidakseen aiheuttaa infektion keskushermostossa taudinaiheuttajien on onnistuttava läpäisemään veri-aivoeste tai veri- ja selkäydineste. Eri patogeenit käyttävät erilaisia virulenssitekijöitä ja -mekanismeja tämän saavuttamiseksi, mutta ne voidaan yleensä ryhmitellä neljään luokkaan: intercellulaarinen (jota kutsutaan myös paracellulaariseksi), transcellulaarinen, leukosyyttien välityksellä tapahtuva ja nonhematogeeninen. Solujen väliseen tunkeutumiseen liittyy mikrobien virulenssitekijöiden, toksiinien tai tulehduksen välittämien prosessien käyttö veri-aivoesteen solujen välissä. Transsellulaarisessa tunkeutumisessa patogeeni kulkee veri-aivoesteen solujen läpi käyttämällä virulenssitekijöitä, joiden avulla se voi tarttua ja käynnistää imeytymisen tyhjiö- tai reseptorivälitteisillä mekanismeilla. Leukosyyttivälitteinen tunkeutuminen on Troijan hevosen mekanismi, joka tapahtuu, kun patogeeni infektoi perifeerisen veren leukosyyttejä päästäkseen suoraan keskushermostoon. Nonhematogeeninen kulkeutuminen mahdollistaa taudinaiheuttajien pääsyn aivoihin kohtaamatta veri-aivoestettä; se tapahtuu, kun taudinaiheuttajat kulkeutuvat joko haju- tai kolmoishermoja pitkin, jotka johtavat suoraan keskushermostoon.

Perifeerinen hermosto

Perifeerinen hermosto muodostuu hermoista, jotka yhdistävät elimet, raajat ja muut kehon anatomiset rakenteet aivoihin ja selkäytimeen. Toisin kuin aivot ja selkäydin, PNS ei ole luun, aivokalvojen tai veriesteen suojaama, minkä vuoksi PNS:n hermot ovat paljon alttiimpia vammoille ja infektioille. Perifeeristen hermojen mikrobivaurio voi johtaa pistelyyn tai tunnottomuuteen, jota kutsutaan neuropatiaksi. Näitä oireita voivat aiheuttaa myös traumat ja ei-infektiiviset syyt, kuten lääkkeet tai krooniset sairaudet, kuten diabetes.

Hermoston solut

PNS:n ja CNS:n kudokset muodostuvat soluista, joita kutsutaan gliasoluiksi (neurogliasoluiksi) ja neuroneiksi (hermosoluiksi). Gliasolut auttavat hermosolujen järjestäytymisessä, tarjoavat telineen joillekin hermosolujen toiminnan osa-alueille ja auttavat hermovammoista toipumisessa.

Neuronit ovat kaikkialla hermostossa esiintyviä erikoistuneita soluja, jotka välittävät signaaleja hermoston läpi sähkökemiallisia prosesseja käyttäen. Neuronin perusrakenne on esitetty kuvassa 3. Solurunko (tai soma) on neuronin aineenvaihduntakeskus, ja se sisältää ytimen ja suurimman osan solun organelleista. Soma-ytimestä lähteviä monia hienosti haarautuvia ulokkeita kutsutaan dendriiteiksi. Soma tuottaa myös pitkänomaisen jatkeen, jota kutsutaan aksoniksi ja joka vastaa sähkökemiallisten signaalien välittämisestä monimutkaisten ionikuljetusprosessien avulla. Joidenkin hermosolutyyppien aksonit voivat ulottua ihmiskehossa jopa metrin pituisiksi. Sähkökemiallisen signaalinsiirron helpottamiseksi joillakin neuroneilla on aksonia ympäröivä myeliinituppi. Myeliini, joka muodostuu gliasolujen, kuten PNS:n Schwannin solujen ja CNS:n oligodendrosyyttien kaltaisten gliasolujen solukalvoista, ympäröi ja eristää aksonia, mikä lisää merkittävästi sähkökemiallisen signaalin siirtymisen nopeutta aksonia pitkin. Aksonin pää muodostaa lukuisia haaroja, jotka päättyvät sipuleihin, joita kutsutaan synaptisiksi terminaaleiksi. Neuronit muodostavat liitoksia muiden solujen, kuten toisen neuronin, kanssa, joiden kanssa ne vaihtavat signaaleja. Liitoskohtia, jotka ovat itse asiassa hermosolujen välisiä rakoja, kutsutaan synapseiksi. Jokaisessa synapsissa on presynaptinen neuroni ja postsynaptinen neuroni (tai muu solu). Presynaptisen hermosolun aksonin synaptiset terminaalit muodostavat synapsin postsynaptisen hermosolun dendriittien, somen tai joskus aksonin tai muun solutyypin, kuten lihassolun, osan kanssa. Synaptiset päätteet sisältävät vesikkeleitä, jotka ovat täynnä kemikaaleja, joita kutsutaan välittäjäaineiksi. Kun aksonia pitkin kulkeva sähkökemiallinen signaali saavuttaa synapsin, vesikkelit sulautuvat kalvoon ja vapautuu välittäjäaineita, jotka diffundoituvat synapsin läpi ja sitoutuvat postsynaptisen solun kalvolla oleviin reseptoreihin, mikä saattaa käynnistää reaktion kyseisessä solussa. Tämä vaste postsynaptisessa solussa voi sisältää sähkökemiallisen signaalin edelleen etenemisen tiedon välittämiseksi tai lihassyiden supistumisen.

Kuva 3. (a) Myelinoitunut neuroni on yhteydessä oligodendrosyytteihin. Oligodendrosyytit ovat eräs gliasolutyyppi, joka muodostaa keskushermostossa myeliinitupen, joka eristää aksonin, jotta sähkökemialliset hermoimpulssit siirtyvät tehokkaammin. (b) Synapsi koostuu presynaptisen hermosolun aksonipäästä (ylhäällä), joka vapauttaa välittäjäaineita, jotka ylittävät synaptisen tilan (tai raon) ja sitoutuvat postsynaptisen hermosolun (alhaalla) dendriiteissä oleviin reseptoreihin.

Meningiitti ja aivokalvontulehdus

Vaikka kallo tarjoaa aivoille erinomaisen suojan, se voi myös muodostua ongelmalliseksi infektioiden yhteydessä. Tulehduksesta johtuva aivojen tai aivokalvojen turvotus voi aiheuttaa kallonsisäistä painetta, mikä johtaa aivokudosten vakavaan vaurioitumiseen, sillä aivokudoksilla on vain vähän tilaa laajentua kallon jäykkien luiden sisällä. Termiä aivokalvontulehdus käytetään kuvaamaan aivokalvotulehdusta. Tyypillisiä oireita voivat olla voimakas päänsärky, kuume, valonarkuus (lisääntynyt valoherkkyys), niskan jäykkyys, kouristukset ja sekavuus. Aivokudoksen tulehdusta kutsutaan enkefaliitiksi, ja potilailla on samankaltaisia oireita kuin aivokalvontulehduksessa uneliaisuuden, kouristusten ja persoonallisuuden muutosten lisäksi. Kun tulehdus vaikuttaa sekä aivokalvoihin että aivokudokseen, tilaa kutsutaan meningoenkefaliitiksi. Kaikki kolme tulehduksen muotoa ovat vakavia, ja ne voivat johtaa sokeuteen, kuurouteen, koomaan ja kuolemaan.

Meningiitti ja enkefaliitti voivat johtua monista erityyppisistä mikrobipatogeeneistä. Nämä tilat voivat kuitenkin johtua myös muista kuin infektiosyistä, kuten pään traumasta, joistakin syövistä ja tietyistä lääkkeistä, jotka laukaisevat tulehduksen. Sen määrittämiseksi, johtuuko tulehdus taudinaiheuttajasta, tehdään lannepisto, jossa otetaan näyte aivoselkäydinnesteestä. Jos aivoselkäydinnesteessä on kohonneita valkosolujen pitoisuuksia ja epänormaaleja glukoosi- ja proteiinipitoisuuksia, tämä viittaa siihen, että tulehdus on vaste infektioinflinin.

__________ on täynnä selkäydinnestettä.

__________ estää veressä olevien mikrobien pääsyn keskushermostoon.

__________ on joukko kalvoja, jotka peittävät ja suojaavat aivoja.

Ajattele

1. Kuvaile lyhyesti aivojen puolustuskeinoja traumoja ja infektioita vastaan.
2. Kuvaile, miten veri-aivoeste muodostuu.
3. Tunnista kuvassa oleva solutyyppi sekä seuraavat rakenteet: aksoni, dendriitti, myeliinituppi, soma ja synapsi.