Alai

Het menselijk zenuwstelsel kan worden onderverdeeld in twee op elkaar inwerkende subsystemen: het perifere zenuwstelsel (PNS) en het centrale zenuwstelsel (CNS). Het CZS bestaat uit de hersenen en het ruggenmerg. Het perifere zenuwstelsel is een uitgebreid netwerk van zenuwen dat het CZS verbindt met de spieren en zintuiglijke structuren. Het verband tussen deze systemen wordt geïllustreerd in figuur 1.

Figuur 1. De essentiële onderdelen van het menselijk zenuwstelsel worden in deze illustratie weergegeven. Het centrale zenuwstelsel (CZS) bestaat uit de hersenen en het ruggenmerg. Het staat in verbinding met het perifere zenuwstelsel (PNS), een netwerk van zenuwen dat zich over het hele lichaam uitstrekt.

Het centrale zenuwstelsel

De hersenen zijn het meest complexe en gevoelige orgaan in het lichaam. Zij zijn verantwoordelijk voor alle functies van het lichaam en fungeren onder meer als coördinatiecentrum voor alle gewaarwordingen, mobiliteit, emoties en intellect. De hersenen worden beschermd door de beenderen van de schedel, die op hun beurt worden bedekt door de hoofdhuid, zoals in afbeelding 2 te zien is. De hoofdhuid bestaat uit een buitenste laag huid, die losjes vastzit aan de aponeurosis, een platte, brede peeslaag die de oppervlakkige lagen van de huid verankert. Het periost, onder de aponeurosis, omhult stevig de beenderen van de schedel en biedt bescherming, voeding voor het bot, en de mogelijkheid tot botherstel. Onder de beenderlaag van de schedel bevinden zich drie lagen membranen, hersenvliezen genaamd, die de hersenen omgeven. De relatieve posities van deze hersenvliezen zijn weergegeven in figuur 2. De laag hersenvliezen die het dichtst bij de botten van de schedel ligt, wordt de dura mater genoemd (wat letterlijk taaie moeder betekent). Onder de dura mater ligt de arachnoïdale mater (letterlijk spinachtige moeder). De binnenste laag van het hersenvlies is een delicaat membraan dat de pia mater (letterlijk tere moeder) wordt genoemd. In tegenstelling tot de andere meningeale lagen kleeft de pia mater stevig aan het geronde oppervlak van de hersenen. Tussen de arachnoïdale mater en de pia mater bevindt zich de subarachnoïdale ruimte. De subarachnoïdale ruimte in dit gebied is gevuld met cerebrospinaal vocht (CSF). Deze waterige vloeistof wordt geproduceerd door cellen van de plexus choroideus – gebieden in elk ventrikel van de hersenen die bestaan uit kuboïdale epitheelcellen rond dichte haarvatenbedden. De CSF dient om voedingsstoffen af te geven en afvalstoffen te verwijderen uit neurale weefsels.

Figuur 2. De weefsellagen rond de menselijke hersenen omvatten drie hersenvliezen: de dura mater, de arachnoïd mater en de pia mater. (credit: modificatie van werk van National Institutes of Health)

De bloed-hersenbarrière

De weefsels van het CZS hebben extra bescherming in die zin dat zij niet op dezelfde wijze als andere weefsels aan bloed of het immuunsysteem worden blootgesteld. De bloedvaten die de hersenen van voedingsstoffen en andere chemische stoffen voorzien, liggen boven op de pia mater. De haarvaten die bij deze bloedvaten in de hersenen horen, zijn minder doorlaatbaar dan die op andere plaatsen in het lichaam. De capillaire endotheelcellen vormen hechte verbindingen die de overdracht van bloedbestanddelen naar de hersenen regelen. Bovendien hebben de craniale haarvaten veel minder fenestra (porieachtige structuren die door een membraan worden afgesloten) en pinocytotische blaasjes dan andere haarvaten. Als gevolg hiervan hebben materialen in het bloedvatenstelsel een zeer beperkt vermogen om rechtstreeks met het CZS te interageren. Dit verschijnsel wordt de bloed-hersenbarrière genoemd.

De bloed-hersenbarrière beschermt de cerebrospinale vloeistof tegen besmetting, en kan vrij effectief zijn in het buitensluiten van potentiële microbiële ziekteverwekkers. Als gevolg van deze afweer is er geen normale microbiota in de cerebrospinale vloeistof. De bloed-hersenbarrière belemmert ook de verspreiding van veel geneesmiddelen in de hersenen, met name van verbindingen die niet in vet oplosbaar zijn. Dit heeft ingrijpende gevolgen voor behandelingen van infecties van het CZS, omdat het voor geneesmiddelen moeilijk is de bloed-hersenbarrière te passeren om te interageren met ziekteverwekkers die infecties veroorzaken.

Het ruggenmerg heeft ook beschermende structuren die vergelijkbaar zijn met die rond de hersenen. Binnen de botten van de wervels bevinden zich hersenvliezen van dura mater (soms de durale schede genoemd), arachnoïd mater, pia mater, en een bloed-ruggenmergbarrière die de overdracht van bloedbestanddelen uit bloedvaten die verbonden zijn met het ruggenmerg controleert.

Om een infectie in het CZS te veroorzaken, moeten ziekteverwekkers met succes de bloed-hersenbarrière of de bloed-ruggenmergbarrière doorbreken. Verschillende ziekteverwekkers gebruiken verschillende virulentiefactoren en mechanismen om dit te bereiken, maar zij kunnen in het algemeen in vier categorieën worden ingedeeld: intercellulair (ook wel paracellulair genoemd), transcellulair, leukocytair gefaciliteerd, en niet-hematogeen. Bij intercellulaire binnendringing worden microbiële virulentiefactoren, toxines of ontstekingsgemedieerde processen gebruikt om tussen de cellen van de bloed-hersenbarrière door te dringen. Bij transcellulaire toegang passeert de ziekteverwekker de cellen van de bloed-hersenbarrière met behulp van virulentiefactoren die hem in staat stellen zich te hechten en opname op gang te brengen via vacuole- of receptorgemedieerde mechanismen. Leukocytair-gefaciliteerde toegang is een Trojaans paard-mechanisme dat optreedt wanneer een ziekteverwekker perifere bloedleukocyten infecteert om rechtstreeks het CZS binnen te dringen. Niet-hematogene binnendringing maakt het mogelijk dat ziekteverwekkers de hersenen binnendringen zonder de bloed-hersenbarrière te doorbreken; dit gebeurt wanneer ziekteverwekkers zich verplaatsen langs ofwel de reukzenuwen ofwel de trigeminus-schedelzenuwen die rechtstreeks naar het CZS leiden.

Het perifere zenuwstelsel

Het PNS wordt gevormd door de zenuwen die organen, ledematen en andere anatomische structuren van het lichaam verbinden met de hersenen en het ruggenmerg. In tegenstelling tot de hersenen en het ruggenmerg, wordt het PNS niet beschermd door bot, meninges, of een bloedbarrière, en, als gevolg daarvan, zijn de zenuwen van het PNS veel gevoeliger voor verwonding en infectie. Microbiële schade aan perifere zenuwen kan leiden tot tintelingen of gevoelloosheid, bekend als neuropathie. Deze symptomen kunnen ook worden veroorzaakt door trauma en niet-infectieuze oorzaken zoals geneesmiddelen of chronische ziekten zoals diabetes.

De cellen van het zenuwstelsel

Weefsels van het PNS en CNS worden gevormd door cellen die gliacellen (neurogliacellen) en neuronen (zenuwcellen) worden genoemd. Gliacellen helpen bij de organisatie van neuronen, bieden een steiger voor sommige aspecten van de neuronale functie, en helpen bij het herstel na neuronaal letsel.

Neuronen zijn gespecialiseerde cellen die overal in het zenuwstelsel voorkomen en die signalen doorgeven door het zenuwstelsel met behulp van elektrochemische processen. De basisstructuur van een neuron is weergegeven in figuur 3. Het cellichaam (of soma) is het metabolisch centrum van het neuron en bevat de kern en de meeste organellen van de cel. De vele fijn vertakte uitlopers van het soma worden dendrieten genoemd. Het soma produceert ook een langgerekt uitsteeksel, axon genoemd, dat verantwoordelijk is voor de overdracht van elektrochemische signalen door middel van ingewikkelde ionentransportprocessen. Axonen van sommige soorten neuronen kunnen in het menselijk lichaam tot een meter lang zijn. Om de overdracht van elektrochemische signalen te vergemakkelijken, hebben sommige neuronen een myelineschede rond het axon. Myeline, gevormd uit de celmembranen van gliacellen zoals de Schwann cellen in het PNS en de oligodendrocyten in het CNS, omgeeft en isoleert het axon, waardoor de snelheid van de elektrochemische signaaloverdracht langs het axon aanzienlijk wordt verhoogd. Het uiteinde van een axon vormt talrijke vertakkingen die eindigen in bollen die synaptische terminals worden genoemd. Neuronen vormen knooppunten met andere cellen, zoals een ander neuron, waarmee zij signalen uitwisselen. De knooppunten, die eigenlijk gaten tussen neuronen zijn, worden synapsen genoemd. Bij elke synaps is er een presynaptisch neuron en een postsynaptisch neuron (of andere cel). De synaptische terminals van het axon van het presynaptische neuron vormen de synaps met de dendrieten, het soma, of soms het axon van het postsynaptische neuron, of een deel van een ander celtype zoals een spiercel. De synaptische uiteinden bevatten blaasjes gevuld met chemische stoffen, neurotransmitters genaamd. Wanneer het elektrochemische signaal dat langs de axon naar beneden beweegt, de synaps bereikt, versmelten de blaasjes met het membraan en komen neurotransmitters vrij, die zich over de synaps verspreiden en zich binden aan receptoren op het membraan van de postsynaptische cel, waardoor in die cel mogelijk een reactie wordt geïnitieerd. Die reactie in de postsynaptische cel kan bestaan uit de verdere voortplanting van een elektrochemisch signaal om informatie over te brengen of uit het samentrekken van een spiervezel.

Figuur 3. (a) Een gemyeliniseerd neuron is geassocieerd met oligodendrocyten. Oligodendrocyten zijn een soort gliacellen die de myelineschede vormen in het CZS, die het axon isoleert zodat de elektrochemische zenuwimpulsen efficiënter worden doorgegeven. (b) Een synaps bestaat uit het axonale uiteinde van het presynaptische neuron (boven) dat neurotransmitters afgeeft die de synaptische ruimte (of spleet) oversteken en zich binden aan receptoren op dendrieten van het postsynaptische neuron (onder).

Meningitis en encefalitis

Hoewel de schedel de hersenen een uitstekende verdediging biedt, kan deze ook problematisch worden tijdens infecties. Zwelling van de hersenen of van het hersenvlies als gevolg van een ontsteking kan intracraniële druk veroorzaken, wat kan leiden tot ernstige beschadiging van het hersenweefsel, dat binnen de starre beenderen van de schedel maar weinig ruimte heeft om uit te zetten. De term meningitis wordt gebruikt om een ontsteking van de hersenvliezen aan te duiden. Typische symptomen zijn zware hoofdpijn, koorts, fotofobie (verhoogde gevoeligheid voor licht), stijve nek, stuiptrekkingen en verwardheid. Een ontsteking van het hersenweefsel wordt encefalitis genoemd, en de patiënten vertonen tekenen en symptomen die vergelijkbaar zijn met die van meningitis, naast lethargie, toevallen en persoonlijkheidsveranderingen. Wanneer de ontsteking zowel het hersenvlies als het hersenweefsel aantast, wordt de aandoening meningo-encefalitis genoemd. Alle drie de vormen van ontsteking zijn ernstig en kunnen leiden tot blindheid, doofheid, coma en de dood.

Meningitis en encephalitis kunnen worden veroorzaakt door veel verschillende soorten microbiële ziekteverwekkers. Deze aandoeningen kunnen echter ook het gevolg zijn van niet-infectieuze oorzaken, zoals hoofdtrauma, sommige vormen van kanker, en bepaalde geneesmiddelen die ontstekingen veroorzaken. Om te bepalen of de ontsteking wordt veroorzaakt door een ziekteverwekker, wordt een lumbaalpunctie uitgevoerd om een CSF-staal te verkrijgen. Als de liquor verhoogde niveaus van witte bloedcellen en abnormale glucose- en eiwitniveaus bevat, wijst dit erop dat de ontsteking een reactie is op een infectieinflinine.

Matching

Pas elke strategie voor microbiële invasie van het CZS met zijn beschrijving.

___intercellulaire toegang	A. pathogeen komt binnen door infectie van perifere witte bloedcellen
___transcellulaire toegang	B. pathogeen omzeilt de bloed-hersenbarrière door reis langs de olfactorische of trigeminus hersenzenuwen
___leukocyten-gefaciliteerde toegang	C. pathogeen passeert door de cellen van de bloed-hersenbarrière
___nonhematogene entry	D. pathogeen passeert tussen de cellen van de bloed-hersenbarrière

Toon antwoord

1. (D) Bij intercellulaire entry passeert een pathogeen tussen de cellen van de bloed-hersenbarrière.
2. (C) Bij transcellulaire binnendringing passeert een ziekteverwekker de cellen van de bloed-hersenbarrière.
3. (A) Bij leukocyten-gefaciliteerde binnendringing dringt een ziekteverwekker binnen door perifere witte bloedcellen te infecteren.
4. (B) Bij niet-hematogene binnendringing omzeilt een ziekteverwekker de bloed-hersenbarrière door zich langs de reukzenuw of de trigeminus-schedelzenuw te verplaatsen.

Vul de blanco in

Het cellichaam van een neuron wordt de __________ genoemd.

Toon antwoord

Het cellichaam van een neuron wordt het soma genoemd.

Een signaal wordt langs de __________ van een zenuwcel doorgegeven.

Toon antwoord

Een signaal wordt langs het axon van een zenuwcel doorgegeven.

De __________ is gevuld met cerebrospinaal vocht.

Toon Antwoord

De subarachnoïdale ruimte is gevuld met cerebrospinaal vocht.

De __________ voorkomt dat microben in het bloed toegang krijgen tot het centrale zenuwstelsel.

Toon antwoord

De bloed-hersenbarrière voorkomt dat microben in het bloed toegang krijgen tot het centrale zenuwstelsel.

De __________ zijn een geheel van membranen die de hersenen bedekken en beschermen.

Toon antwoord

De hersenvliezen zijn een stel vliezen die de hersenen bedekken en beschermen.

Denk er eens over

1. Beschrijf in het kort de afweer van de hersenen tegen trauma en infectie.
2. Beschrijf hoe de bloed-hersenbarrière wordt gevormd.
3. Identificeer het afgebeelde celtype, alsmede de volgende structuren: axon, dendriet, myelineschede, soma en synaps.

Kritisch denken

Welke belangrijke functie vervult de bloed-hersenbarrière? Hoe kan deze barrière soms problematisch zijn?

1. Yuki, Nobuhiro en Hans-Peter Hartung, “Guillain-Barré Syndrome,” New England Journal of Medicine 366, no. 24 (2012): 2294-304. ↵
2. Cao-Lormeau, Van-Mai, Alexandre Blake, Sandrine Mons, Stéphane Lastère, Claudine Roche, Jessica Vanhomwegen, Timothée Dub et al., “Guillain-Barré Syndrome Outbreak Associated with Zika Virus Infection in French Polynesia: A Case-Control Study,” The Lancet 387, no. 10027 (2016): 1531-9. ↵