Biologia 4 – luku 4: Hermosto

Keskus- ja ääreishermosto säätelevät elimistön toimintaa

Hermosto jaetaan keskushermostoon ja ääreishermostoon. Aivot ja selkäydin muodostavat keskushermoston. Ääreishermostoon kuuluvat keskushermostosta lähtevät ja sieltä tulevat hermot. Ääreishermoston välityksellä aivot saavat jatkuvasti aistien keräämää elimistön sisä- ja ulkopuolelta. Osa hermoston säätelemistä toiminnoista on tahdonalaista ja osa autonomista eli tahdosta riippumatonta.

                                                                                                  

Ääreishermosto jaetaan somaattiseen (tahdosta riippuvaan) ja autonomiseen hermostoon. Somaattiseen hermostoon kuuluvat motorinen hermosto ja sensorinen hermosto. Motorisen hermoston liikehermot vievät tahdonalaisia käskyjä keskushermostosta luustolihaksiin. Sensorisen hermoston tuntohermot taas tuovat aistisoluista informaatiota keskushermostoon.

Autonomiseen hermostoon kuuluvat sympaattinen hermosto ja parasympaattinen hermosto. Autonominen hermosto vie käskyjä keskushermostosta rauhasiin, sydämeen ja sileisiin lihaksiin. Autonominen hermosto myös tuo informaatiota sisäelimistä keskushermostoon. Sympaattinen hermosto toimii aktiivisesti fyysisen ja henkisen rasituksen aikana ja parasympaattinen hermosto toimii aktiivisesti levossa.

Informaation säätely tapahtuu keskushermostossa

Aivot valvovat elimistön lämpötilaa, verenpainetta, sydämen sykettä ja hengitystä. Ne ottavat vastaan ja käsittelevät aistinelimistä tulevaa tietoa. Selkäydin on keskushermostoon kuuluva osa, joka sijaitsee selkäydinkanavassa selkärangan sisällä. Se ohjaa aivoista saapuvia hermoimpulsseja ääreishermostoon. Jokaisesta nikamavälistä lähtee ääreishermoja eri puolille elimistöä.

Aivoissa on toiminnaltaan ja rakenteeltaan erilaisia osia

Aivot jaetaan toimintansa perusteella seuraaviin osiin: isoaivot, pikkuaivot, väliaivot ja aivorunko. Isoaivot muodostavat noin 90 % aivojen painosta ja ne ovat voimakkaasti poimuttuneet. Isoaivot koostuvat kahdesta aivopuoliskosta, joita aivokurkiaisen hermoradat yhdistävät.

Ohimolohkon sisäosissa sijaitsee hippokampus, jolla on tärkeä merkitys uusien asioiden oppimisessa. Hippokampukseen on myös tallennettu ympäristöstä eräänlainen kartta, jonka avulla ihminen voi siirtyä paikasta toiseen eksymättä. Alzhaimerin tautia sairastavan henkilön hippokampus on vaurioitunut, eikä hän sen takia voi liikkua eksymättä tutussakaan ympäristössä eikä muista viime aikojen tapahtumia.

Pikkuaivot osallistuvat lihasliikkeiden tarkkuuden säätelyyn. Väliaivot muodostuvat talamuksesta, hypotalamuksesta, aivolisäkkeestä ja käpyrauhasesta. Aivolisäke ja käpyrauhanen ovat hormoneja tuottavia umpirauhasia. Talamus on aivoihin tulevan aistitiedon väliasema ja hypotalamus ohjaa aivolisäkkeen kanssa elimistön hormonitoimintaa. Lisäksi hypotalamus on autonomisen hermoston säätelykeskus, joka saa sisäisiltä aisteilta (niin, ihmisellä on myös sisäisiä aisteja!) tietoa esim veren happipitoisuudesta tai elimistön lämpötilasta.

Aivorunkoon kuuluvat ydinjatke, aivosilta ja keskiaivot. Myös väliaivot lasketaan joskus aivorunkoon kuuluviksi. Aivorunko ylläpitää monia elämälle välttämättömiä automaattisia toimintoja. Ydinjatkeessa on hermosoluryhmien muodostamia säätelykeskuksia (tumakkeita), jotka säätelevät mm. sydämen pumppaaman veren määrää  ja verenpainetta. Lisäksi ydinjatke ja aivosilta ohjaavat hengitystä ja ruuansulatusta.

Aivokalvot

Kallon, selkäytimen sekä aivo- ja selkäydinkalvojen tehtävänä on suojata keskushermostoa. Aivoselkäydinnestettä muodostuu aivokammioissa. Se toimii iskunvaimentajana ja tukee aivoja. Lisäksi aivoselkäydinneste huolehtii keskushermoston solujen ravinnonsaannista ja toimii suojana infektioita vastaan. Myös veriaivoeste suojaa aivoja. Se on aivojen verisuonten seinämissä ja sen läpi tarpeelliset aineet siirtyvät helposti mutta haitalliset aineet jäävät ulkopuolelle.

 

 

Ääreishermosto tuo viestejä ja välittää käskyjä

Ääreishermosto muodostuu aivoista ja selkäytimestä lähtevistä ja sinne tulevista hermoista. Ääreishermosto jaetaan toimintansa perusteella somaattiseen ja autonomiseen hermostoon. Somaattinen hermosto jaetaan edelleen motoriseen hermostoon ja sensoriseen hermostoon. Motorisen hermoston liikehermot ohjaavat tahdonalaisten lihasten supistumista ja sensorisen hermoston tuntohermot tuovat viestejä aistielimistä keskushermostoon. Autonominen hermosto puolestaan säätelee tiedostamattamme sisäelinten toimintaa.

Hermosto. Kuva: solunetti.

Kun ihminen päättää suorittaa jonkin liikkeen, lähtee aivoista käsky luustolihaksille. Käsky kulkee hermoimpulsseina selkäytimen kautta liikehermoon, joka saa haluttuun liikkeeseen tarvittavat lihakset supistumaan. Myös pikkuaivot ja isoaivojen tyvitumakkeet osallistuvat liikkeen hienosäätöön.

Jos esim poltat sormesi, ihossa olevat kipuhermopäätteet ärtyvät ja viesti kulkee tuntohermoa pitkin selkäytimeen. Siellä välittävä hermosolu siirtää viestin liikehermoon, jonka kuljettama impulssi saa käsivarren koukistajalihaksen supistumaan ja käsi siirtyy pois kipua tuottavasta paikasta. Tätä kutsutaan koukistusrefleksiksi. Samaan aikaan kun selkäytimestä lähtee tieto liikehermoa pitkin lihakselle, etenee toinen impulssi selkäydintä pitkin aivoihin. Vasta tämän jälkeen kipu tiedostetaan.

Autonominen hermosto säätelee tahdosta riippumatonta toimintaa

Autonomiseen hermostoon kuuluvat rauhasiin, sydämeen ja sileisiin lihaksiin menevät hermot. Autonominen hermosto jaetaan sympaattiseen ja parasympaattiseen osaan. Kuhunkin elimeen menee sekä sympaattiseen että parasympaattiseen hermostoon kuuluvia hermoja. Niiden vaikutukset ovat usein vastakkaisia: toinen kiihdyttää elimen toimintaa, toinen hidastaa. Se, kummasta hermostosta tulee enemmän impulsseja kohde-elimeen, ratkaisee vaikutuksen.

Sympaattinen hermosto lisää elimistön suorituskykyä ja energiavarastojen käyttöä. Sen toiminta vilkastuu stressin ja fyysisen rasituksen aikana. Parasympaattinen hermosto sen sijaan toimii aktiivisimmin levon aikana. Se esim aktivoi ruuansulatuselimistön toimintaa.

Hermosolut

Hermoston toiminta perustuu neuronien välittämiin viesteihin. Neuronien uusiutumiskyky on hyvin rajallinen, mutta niiden kantasoluja on myös aikuisen ihmisen hermostossa. Tuntohermot ovat yhteydessä aistinelimiin ja ne välittävät keskushermostolle viestejä elimistön sisä- ja ulkopuolelta. Liikehermot ovat yhteydessä lihaksiin ja välittävät niille toimintakäskyjä hermoston muista osista. Elimistön pisimmät viejähaarakkeet (jopa metrin mittaiset) ovat selkäytimestä pikkuvarpaaseen ulottuvassa iskiashermossa.

Hermoimpulssin kulku perustuu ionien siirtymiseen solukalvon läpi

Hermosolun sähköisen toiminnan voi aktivoida aistisolujen ärsytys tai muista hermosoluista tuleva viesti. Impulssin syntymiseen tarvitaan riittävän voimakas ärsyke. Impulssi lähtee etenemään tuojahaaraketta pitkin. Kun hermosolu ei saa ärsykettä, siinä vallitsee lepojännite. Tällöin solun sisäpuoli on negatiivisesti varautunut solun ulkopuoleen nähden.

Solujen ionikanavat ovat valikoivia, eli niistä jokainen päästää solukalvon läpi vain tiettyjä ioneja (hermosoluissa natriumkanavat ja kaliumkanavat). Ionipumpun toiminta on aktiivista kuljetusta ja siihen tarvitaan ATP:stä vapautuvaa energiaa.

Hermosolun solukalvo on herkkä esim aistinsolusta tulevalle ärsykkeelle. Ärsytys aiheuttaa muutoksen solukalvon ioniläpäisevyydessä. Tämä synnyttää toimintajännitteen (aktiopotentiaalin), joka on paikallinen ja hetkellinen muutos solukalvon sähköisessä varauksessa. Aktiopotentiaali pystyy kulkemaan nopeasti eteenpäin neuronissa, koska tämä paikallinen muutos aiheuttaa solukalvon läpäisevyyden muutoksen eli ionikanavien aukeamisen myös viereisissä osissa solukalvoa. Tämän seurauksena natrium- ja kaliumioneja pääsee liikkumaan avautuneista kanavista. Syntyy ketjureaktio, jonka seurauksena impulssi etenee hermosolua pitkin.

Kun impulssi on kulkenut, seuraa lyhyt palautumisaika, jolloin natrium-kaliumpumppu palauttaa natrium- ja kaliumionit alkuperäisille puolilleen solukalvoa. Vasta tämän jälkeen seuraava impulssi voi kulkea solukalvolla.

Synapsi

Hermoradat koostuvat peräkkäisistä neuroneista. Hermosolun viejähaarakkeen ja toisen hermosolun tuojahaarakkeen välistä liitosta kutsutaan synapsiksi. Hermopäätteeseen saapuva impulssi saa aikaan välittäjäaineen, esim asetyylikoliinin, vapautumisen välittäjäainerakkuloista solujen väliseen tilaan, synapsirakoon. Välittäjäaine sitoutuu seuraavan solun solukalvolla olevaan reseptoriin, mikä synnyttää aktiopotentiaalin ja saa esim lihassolun supistumaan. Hermosolusta toiseen välittyvä viesti jatkaa synapsin jälkeen matkaansa sähköisesti. Tämän jälkeen synapsirakoon erittyvä entsyymi hajottaa välittäjäaineen tai se siirtyy takaisin edellisen hermosolun välittäjäainerakkuloihin.

 

Alkoholi, tupakka- ja huumeriippuvaisten hermosolujen yhteydet ovat muuttuneet pysyvästi!!

Alkoholi, tupakka, rauhoittavat lääkkeet ja huumeet muuttavat keskushermoston hermosolujen synapsien muodostamia yhteyksiä. Sen seurauksena hermosolujen rakenne, aineenvaihdunta ja toiminta ovat muuttuneet pysyvästi, vaikka ihminen lopettaisi aineiden käytön. Riippuvuuden syntymistä edistää alkoholin ja huumeiden sietokyvyn lisääntyminen (toleranssi) runsaan käytön seurauksena. Käytön lopettamisen jälkeen ihminen saa voimakkaita vieroitusoireita, jotka kestävät muutaman viikon. Alkoholin käytön lopettamiseen liittyy usein myös unihäiriöitä, jotka voivat jatkua vuosia.

Positroniemissiotomografia

PET-kuvausta hyödynnetään metastaasien löytämisen lisäksi mm. aivojen toiminnan tutkimisessa. Siinä injektoidaan laskimoon esim hapen ja hiilen lyhytikäisiä, radioaktiivisia isotooppeja, jotka synnyttävät elimistössä radioaktiivista säteilyä (tässä tapauksessa beetaplussäteilyä). Säteilyssä vapautuneet positronit kohtaavat elimistössä elektroneja, jolloin syntyy gammasäteilyä jota mitataan erikoiskameralla. Niillä aivojen alueilla, joilla on vilkas verenkierto ja soluhengitys, syntyy runsaasti säteilyä.

                                                                                                                                    

Hermoston välittäjäaineita

Välittäjäaine	Vaikutuspaikka	Vaikutus
dopamiini	aivot	säätelee mielihyvää, lihasten toimintaa, oppimista
asetyylikoliini	keskus- ja ääreishermostossa	säätelee lihasten supistumista, vireystilaa, oppimista ja muistamista
glutamaatti	aivoissa	kiihdyttää erilaisten impulssien kulkua
gamma-aminovoihappo eli GABA	keskushermostossa	estää impulssien kulkua
glysiini	selkäytimessä	estää impulssien kulkua
serotoniini	aivoissa	säätelee ruokahalua, seksuaalista halukkuutta, vireystasoa, mielialaa ja muistia
noradrenaliini	sympaattisessa hermostossa	kiihdyttää impulssien kulkua esim stressin aikana