Alai

Det mänskliga nervsystemet kan delas in i två interagerande delsystem: det perifera nervsystemet (PNS) och det centrala nervsystemet (CNS). CNS består av hjärnan och ryggmärgen. Det perifera nervsystemet är ett omfattande nätverk av nerver som förbinder CNS med muskler och sensoriska strukturer. Förhållandet mellan dessa system illustreras i figur 1.

Figur 1. De viktigaste komponenterna i det mänskliga nervsystemet visas i den här illustrationen. Det centrala nervsystemet (CNS) består av hjärnan och ryggmärgen. Det ansluter till det perifera nervsystemet (PNS), ett nätverk av nerver som sträcker sig över hela kroppen.

Det centrala nervsystemet

Hjärnan är det mest komplexa och känsliga organet i kroppen. Den är ansvarig för kroppens alla funktioner, bland annat fungerar den som samordningscentrum för alla förnimmelser, rörlighet, känslor och intellekt. Hjärnan skyddas av skallens ben, som i sin tur täcks av hårbotten (se figur 2). Hårbotten består av ett yttre hudlager som är löst fäst vid aponeurosen, ett platt, brett senlager som förankrar de ytliga hudlagren. Periostet, som ligger under aponeurosen, omsluter skallens ben ordentligt och ger skydd, näring till benet och förmåga till benreparation. Under skallens benlager finns tre lager av membran som kallas meninges och som omger hjärnan. Dessa hjärnhinnors relativa positioner visas i figur 2. Det meningealskikt som ligger närmast skallens ben kallas dura mater (som bokstavligen betyder seg moder). Under dura mater ligger arachnoid mater (bokstavligen spindelliknande moder). Det innersta meningealskiktet är ett känsligt membran som kallas pia mater (bokstavligen öm mor). Till skillnad från de andra meningealskikten fäster pia mater stadigt vid hjärnans slingrande yta. Mellan arachnoid mater och pia mater finns subarachnoidalrummet. Det subaraknoidala utrymmet inom detta område är fyllt med cerebrospinalvätska (CSF). Denna vattniga vätska produceras av cellerna i plexus choroidus – områden i varje hjärnans ventrikel som består av cuboidala epitelceller som omger täta kapillärbäddar. CSF tjänar till att leverera näringsämnen och avlägsna avfall från neurala vävnader.

Figur 2. De vävnadslager som omger den mänskliga hjärnan omfattar tre meningealmembran: dura mater, arachnoid mater och pia mater. (kredit: modifiering av arbete av National Institutes of Health)

Blod-hjärnbarriären

Vävnaderna i CNS har ett extra skydd i och med att de inte utsätts för blod eller immunförsvaret på samma sätt som andra vävnader. De blodkärl som förser hjärnan med näringsämnen och andra kemiska ämnen ligger ovanpå pia mater. Kapillärerna i anslutning till dessa blodkärl i hjärnan är mindre genomsläppliga än kapillärerna på andra ställen i kroppen. De kapillära endotelcellerna bildar täta korsningar som styr överföringen av blodkomponenter till hjärnan. Dessutom har kraniala kapillärer betydligt färre fenestra (porliknande strukturer som försluts av ett membran) och pinocytotiska vesiklar än andra kapillärer. Som ett resultat av detta har material i cirkulationssystemet en mycket begränsad förmåga att interagera direkt med CNS. Detta fenomen kallas blod-hjärnbarriären.

Blod-hjärnbarriären skyddar cerebrospinalvätskan från kontaminering och kan vara ganska effektiv när det gäller att utestänga potentiella mikrobiella patogener. Som en följd av dessa försvar finns det ingen normal mikrobiota i cerebrospinalvätskan. Blod-hjärnbarriären hindrar också många läkemedel från att ta sig in i hjärnan, särskilt föreningar som inte är lipidlösliga. Detta har djupgående konsekvenser för behandlingar som omfattar infektioner i CNS, eftersom det är svårt för läkemedel att passera blod-hjärnbarriären för att interagera med patogener som orsakar infektioner.

Ryggmärgen har också skyddande strukturer som liknar dem som omger hjärnan. Inom kotornas ben finns hjärnhinnor av dura mater (ibland kallad duralskidan), arachnoid mater, pia mater och en blod- och ryggmärgsbarriär som kontrollerar överföringen av blodkomponenter från blodkärl som är associerade med ryggmärgen.

För att kunna orsaka en infektion i CNS måste patogenerna lyckas bryta igenom blod-hjärnbarriären eller blod- och ryggmärgsbarriären. Olika patogener använder sig av olika virulensfaktorer och mekanismer för att uppnå detta, men de kan i allmänhet grupperas i fyra kategorier: intercellulära (även kallade paracellulära), transcellulära, leukocytförmedlade och icke-hematogena. Intercellulärt intrång innebär att mikrobiella virulensfaktorer, toxiner eller inflammationsmedierade processer används för att passera mellan cellerna i blod-hjärnbarriären. Vid transcellulärt intrång passerar patogenen genom blod-hjärnbarriärens celler med hjälp av virulensfaktorer som gör att den kan fästa vid och utlösa upptag genom vakuol- eller receptormedierade mekanismer. Leukocytfaciliterat inträde är en trojansk hästmekanism som uppstår när en patogen infekterar perifera blodleukocyter för att direkt ta sig in i CNS. Icke-hematogent inträde gör det möjligt för patogener att ta sig in i hjärnan utan att träffa blod-hjärnbarriären; det sker när patogener färdas längs antingen lukt- eller trigeminusnerven som leder direkt in i CNS.

Det perifera nervsystemet

Det perifera nervsystemet utgörs av de nerver som förbinder organ, lemmar och andra anatomiska strukturer i kroppen med hjärnan och ryggmärgen. Till skillnad från hjärnan och ryggmärgen skyddas inte PNS av ben, hjärnhinnor eller en blodbarriär, och därför är nerverna i PNS mycket känsligare för skador och infektioner. Mikrobiell skada på perifera nerver kan leda till stickningar eller domningar som kallas neuropati. Dessa symtom kan också framkallas av trauma och icke-infektiösa orsaker som läkemedel eller kroniska sjukdomar som diabetes.

Nervsystemets celler

Tvävnader i PNS och CNS bildas av celler som kallas gliaceller (neurogliaceller) och neuroner (nervceller). Gliaceller hjälper till att organisera neuronerna, utgör en ställning för vissa aspekter av neuronernas funktion och hjälper till vid återhämtning efter neurala skador.

Neuronerna är specialiserade celler som finns i hela nervsystemet och som överför signaler genom nervsystemet med hjälp av elektrokemiska processer. Den grundläggande strukturen hos en neuron visas i figur 3. Cellkroppen (eller soman) är neuronens metaboliska centrum och innehåller kärnan och de flesta av cellens organeller. De många finförgrenade förlängningarna från soman kallas dendriter. Soman producerar också en långsträckt förlängning, kallad axon, som ansvarar för överföringen av elektrokemiska signaler genom utarbetade jontransportprocesser. Axonerna hos vissa typer av neuroner kan sträcka sig upp till en meter i längd i människokroppen. För att underlätta överföringen av elektrokemiska signaler har vissa neuroner en myelinskida som omger axonen. Myelin, som bildas av cellmembranen hos gliaceller som Schwann-cellerna i PNS och oligodendrocyterna i CNS, omger och isolerar axonet, vilket avsevärt ökar hastigheten på den elektrokemiska signalöverföringen längs axonet. Axonets ände bildar många grenar som slutar i lökar som kallas synaptiska terminaler. Neuronerna bildar korsningar med andra celler, t.ex. en annan neuron, med vilka de utbyter signaler. Dessa korsningar, som i själva verket är luckor mellan neuroner, kallas synapser. Vid varje synaps finns det en presynaptisk neuron och en postsynaptisk neuron (eller annan cell). De synaptiska terminalerna i den presynaptiska terminalens axon bildar synapsen med den postsynaptiska neuronens dendrit, soma eller ibland axon, eller en del av en annan typ av cell, t.ex. en muskelcell. De synaptiska terminalerna innehåller vesiklar fyllda med kemikalier som kallas neurotransmittorer. När den elektrokemiska signalen som rör sig längs axonet når synapsen smälter vesiklarna samman med membranet och neurotransmittorer frigörs. Dessa diffunderar över synapsen och binder till receptorer på den postsynaptiska cellens membran, vilket kan utlösa en reaktion i den cellen. Denna reaktion i den postsynaptiska cellen kan omfatta ytterligare spridning av en elektrokemisk signal för att överföra information eller sammandragning av en muskelfiber.

Figur 3. (a) En myeliniserad neuron är associerad med oligodendrocyter. Oligodendrocyter är en typ av gliaceller som bildar myelinskidan i CNS som isolerar axonen så att elektrokemiska nervimpulser överförs effektivare. (b) En synaps består av den axonala änden av den presynaptiska neuronen (överst) som släpper ut neurotransmittorer som korsar det synaptiska utrymmet (eller klyftan) och binder sig till receptorer på dendriterna av den postsynaptiska neuronen (nederst).

Meningit och encefalit

Trots att skallen ger hjärnan ett utmärkt försvar kan den också bli problematisk vid infektioner. Varje svullnad av hjärnan eller hjärnhinnorna som beror på en inflammation kan orsaka intrakraniellt tryck, vilket leder till allvarliga skador på hjärnvävnaderna, som har begränsat utrymme att expandera inom kraniets oflexibla ben. Termen meningit används för att beskriva en inflammation i hjärnhinnorna. Typiska symtom kan vara svår huvudvärk, feber, fotofobi (ökad ljuskänslighet), stel nacke, kramper och förvirring. En inflammation i hjärnvävnaden kallas encefalit, och patienterna uppvisar tecken och symtom som liknar dem vid hjärnhinneinflammation utöver slöhet, kramper och personlighetsförändringar. När inflammationen drabbar både hjärnhinnorna och hjärnvävnaden kallas tillståndet meningoencefalit. Alla tre formerna av inflammation är allvarliga och kan leda till blindhet, dövhet, koma och död.

Meningit och hjärninflammation kan orsakas av många olika typer av mikrobiella patogener. Dessa tillstånd kan dock också uppstå av icke-infektiösa orsaker som huvudtrauma, vissa cancerformer och vissa läkemedel som utlöser inflammation. För att avgöra om inflammationen orsakas av en patogen utförs en lumbalpunktion för att få ett prov av CSF. Om CSF innehåller ökade nivåer av vita blodkroppar och onormala glukos- och proteinnivåer tyder detta på att inflammationen är ett svar på en infektioninflinin.

Tänk efter

1. Beskriv kortfattat hjärnans försvar mot trauma och infektion.
2. Beskriv hur blod-hjärnbarriären bildas.
3. Identifiera den avbildade celltypen samt följande strukturer: axon, dendrit, myelinskida, soma och synaps.