DUGGASAMMANFATTNING 3
Nervsystemet
Motoriska funktioner
Karolinska Institutet
Läkarlinjen T2 ht-04
Henrik Andrén
Anna Dagert
Magnus Edlund
Ingrid Fugmann
Andreas Jonsson
Anna-Sara Magnusson
Anna Milton
Sara Rendahl
Malin Rudberg
Henrik Ståhlsmeden
Carina Uhl
Ann Wejdmark
Innehållsförteckning
ALLMÄN MOTORIK – MUSKEL OCH MOTORISKA ENHETER............................... 1
Motorändplattan ................................................................................................................................................ 1
Skelettmuskulaturens kontraktila egenskaper.................................................................................................... 1
Reglering av muskelkraft .................................................................................................................................. 2
SPINALA REFLEXER............................................................................................................ 3
Mekanoreceptorer i muskel: .............................................................................................................................. 3
Flexorreflexen:afferens, omkoppling, efferens.................................................................................................. 4
Funktionell betydelse, korsad extensorreflex .................................................................................................... 4
Muskeltonus ...................................................................................................................................................... 4
RYGGMÄRGSKRETSAR OCH LOKOMOTION ............................................................. 5
Centrala program: definition, exempel, betydelse ............................................................................................. 5
Mesencefala lokomotorregionen: funktion ........................................................................................................ 5
DESCENDERANDE BANSYSTEM ...................................................................................... 6
Laterala banor:................................................................................................................................................... 6
Venteromediala banor: ...................................................................................................................................... 6
Styrning av axial resp distal muskulatur ............................................................................................................ 7
BALANSMOTORIK ............................................................................................................... 8
Inre koordinatsystemet ...................................................................................................................................... 8
Yttre koordinatsystemet .................................................................................................................................... 8
Primära och associerade rörelser ....................................................................................................................... 8
Sensoriska system av betydelse för balanskontrollen ........................................................................................ 9
Posturala synergier ............................................................................................................................................ 9
Modifiering av posturala svaret ......................................................................................................................... 9
KORTIKAL KONTROLL AV MOTORIK ........................................................................ 11
Primära motorkortex –styr rörelsens utförande ............................................................................................... 11
Kontroll av handens och fingrarnas finmotorik ............................................................................................... 12
Premotorcortex (laterala)(PMA) ..................................................................................................................... 12
Supplementära motorarean (mediala premotorcortex)(SMA) ......................................................................... 13
Basala ganglierna ................................................................................................................... 14
Uppbyggnad, ingående kärnor ......................................................................................................................... 14
Celltyper, synaptisk interaktion, transmittorer ................................................................................................ 15
Förbindelser inom basala ganglierna - Direkta och indirekta vägen ............................................................... 16
2
Mekanismer för rörelseutlösande resp. rörelsehämmande funktioner ............................................................. 17
Aktivitet i basala ganglierna vid utlösande av rörelser .................................................................................... 17
Dopamininnervationen från substantia nigra - synaptiska effekter och funktion ............................................ 18
Motoriska störningar vid skador i basala ganglierna ....................................................................................... 18
3
SARA,ANNA
Allmän motorik – muskel och motorikska enheter
ALLMÄN MOTORIK – MUSKEL OCH MOTORISKA
ENHETER
Motorändplattan är den speciella synapsen mellan axonet från -motorneuronet och
muskelfibern.
Muskelfiberns vilopotential är ca –80 till –90 mV. Då -motorneuron frisätter acetylkolin
kommer en ändplattepotential uppstå vid motorändplattan. Denna är alltid tillräcklig för att
membranet ska nå tröskelvärdet (–50mV) muskel-AP utlöses. En aktionspotential i ett motorneuron kommer m a o alltid leda till en aktionspotential i de muskelfibrer som det
innerverar.
EMG (elektromyografi) är ett sätt att mäta aktiviteten i muskler. Det kan användas både
kliniskt, för att diagnostisera olika neuromuskulära sjukdomar, men också experimentiellt,
som vi gjorde på labben. Man kan bl a se hur många motoriska enheter som rekryteras vid
olika muskelrörelser – ju mer kraft som behövs ju fler aktiverade motorenheter och ju större
amplitud på EMGt. Vi jämförde även hur lång tid det tog att aktivera en monosynaptisk resp
en polysynaptisk reflex.
Skelettmuskulaturens kontraktila egenskaper.
Tänk på sarkomeren – aktin, myosin mm.
Excitation: AP i -motorneuron → Acetylkolin frisätts →
depolarisering av det postsynaptiska membranet → Ca2+ får
tillträde
Kontraktion:
1. Ca2+ binder till troponin
2. Stället på aktinfilamentet dit myosin ska binda visas.
3. Myosinhuvudet binder.
4. Myosinhuvudet rör sig längs aktinet.
5. Myosinhuvudet släpper – kostar ATP.
Så länge Ca2+ och ATP finns fortgår cykeln.
Relaxation:
1. Ca2+ pumpas bort av ATP-driven pump
2. Bindningsstället för myosinet på aktinfilamentet döljs åter av troponin.
Den motoriska enheten består av ett -motorneuron och de muskelfibrer som neuronet
innerverar. Det finns olika typer av motoriska enheter med olika egenskaper. De olika typerna
skiljer sig med avseende på tjockleken av motorneuronet, antalet muskelfibrer som neuronet
kopplar till samt typen av muskelfibrer som ingår i den motoriska enheten.
S-enheten (slow) är den minsta motoriska enheten. Den är mest uthållig men också den som
tar längst tid att kontrahera och ger minst kraft. S-enheten har aerob metabolism och små motorneuron.
1
SARA,ANNA
Allmän motorik – muskel och motorikska enheter
FF-enheten (fast-fatigable) är den största motoriska enheten. Den är minst uthållig men ger
mkt snabb kontraktion och mkt kraft. FF-enheten har anaerob metabolism och stora motorneuron.
FR-enheten (fast, fatigue-resistant) är ett mellanting av de ovanstående →medelstora enheter
och -motorneuron och blandad metabolism.
Reglering av muskelkraft
Rekrytering av motoriska enheter sker efter
storleksprincipen. De små nervcellerna är lättare att
aktivera och därför kommer S-enheterna att
rekryteras först (minst -motorneuron). Ju mer kraft
man behöver desto fler enheter kommer att aktiveras.
Till sist kommer även FF-enheterna att aktiveras.
Frekvensreglerade aktionspotentialer. Varje aktionspotential kommer att resultera i en
kontraktion av muskelfibern. Högre frekvens → temporal summation d v s ”starkare”
kontraktion. Tillräckligt hög frekvens → ständig kontraktion (tetanus= högsta möjliga
kontraktionsgrad)
Skillnader mellan centrala och perifera motorneuron:
Detta är enligt föreläsaren ingen viktig indelning. Cellkroppen hos alpha- och gammamotorneuron sitter centralt (ryggmärgen) medan axon och motorändplatta befinner sig
perifert. Alltså bara en indelning av motorneuronet i en central och en perifer del.
2
ANNA, ANNA
Spinala reflexer
SPINALA REFLEXER
Mekanoreceptorer i muskel:
Muskelspolen, ligger paralellt med muskelfibrerna. Den består
av 4-8 stycken tunna, intrafusala muskelfibrer omgivna av en
tunn spolformad bindvävskapsel. De intrafusala fibrerna är via
bindväv kopplade till muskelns senor. Sensoriska afferenter,
sk. typ Ia-afferenter, ligger omslingrade runt de intrafusala
fibrerna.
Dessa afferenter reagerar på sträckning av spolen och skicker
då AP med hög hastighet (de är väldigt tjocka) till ryggmärgen.
I ryggmärg sker synaps med motorneuron, som då skickar
signal om kontraktion av muskeln (monosynaptisk reflex).
Detta är den så kallade sträckreflexen. Funktionen av den är
att se till så att vi kan kompensera mot ökad belastning av
muskeln, ett ex. är patellarreflexen.
Sträckreflexen kommer även att påverka antagonistmusklerna
genom inhibering via interneuron. Denna hämning, alltså att
sträcking av agonist hämmar tonus hos antagonist, kallas för
reciprok hämning och kan fungera ömsesidigt. Den reciproka
hämmningen gör det lättare att starta rörelsen i en led eftersom
kraften hos antagonisten undertrycks.
De kontraktila delarna av de intrafusala fibrerna i muskelspolen innerveras av gammaneuron. Vid all motorik ses en aktivering av både alpha- och gamma-neuron; alpha- gammasamaktivering.
De kontraktila fibrerna i muskelspolen finns framför allt i ändarna av muskelspolen,
kontraktion av dessa gör att spolen kan förkorta sig och ställa in sin längd efter hela muskelns
längd. Detta gör att muskelspolen kan behålla sin käslighet oavsett muskellängd.
Ia-afferenterna signalera alltså om den dynamiska längdförändringen av muskeln.
Det finns även en annan typ av afferenter från muskelspolen, grupp II-afferenter. Dessa visar
statisk förändring av muskeln och ger kontinuerligt en impulsfrekvens som är proportionell
mot utsträckningsgraden av spolen (längdmätare).
Golgis senorgan:
Golgis senorgan känner av kontraktionsgraden (den aktiva) i muskeln. Senorganet, som består
av mekanokänsliga / sträckreceptorer, sitter vid de extrafusala muskelfibrernas infästning i
senan, alltså i serie med muskelfibrerna. De afferenta nervimpulserna går via grova
myeliniserade Ib-afferenter.
Vid kontraktion av muskeln kommer senorganet att sträckas ut och signalera till interneuron i
ryggmärgen. Detta interneuron hämmar motorneuronen och kontraktionskraften minskar i
muskeln; skyddsreflex så att man ej drar sönder muskelfästet, man anpassar
kontraktionskraften efter senans styrka. Denna reflex kallas för autogen hämning. Muskeln
kommer alltså vid kraftuvteckling att hämma sig själv (via golgis senorgan, Ib-afferenter,
interneuron och efferent motorneron).
3
ANNA, ANNA
Spinala reflexer
Flexorreflexen:afferens, omkoppling, efferens
Funktionell betydelse, korsad extensorreflex
Flexorreflexen är mer komplex än sträckreflexen då
den involverar fler interneuron. Den är ett exempel på
ett centralt program. Om man t ex kliver på ett häftstift
eller sätter handen på en het platta dras ju benet/armen
tillbaka innan men ens hunnit känna smärtan.
Smärtstimulus går in via en afferent nerv till
dorsalrotsgangliet och in i ryggmärgens dorsalhorn.
Signalen kopplas om till excitatoriska interneuron som
då retar flexormusklerna via en efferent nerv och
benet/handen dras bort. Samtidigt inhiberas extensorn.
På den andra sidan av ryggmärgen exciteras istället
extensorerna medan flexorerna imhiberas. Detta sker
för att man ska kunna stå på det ben man inte drar bort,
det behöver alltså sträckas. Detta kallas korsad
extensorreflex. Flexorreflexen kan hämmas via
descenderande bansystem om man t ex på förhand vet
att något kommer göra ont kan man undvika att dra
undan handen.
Muskeltonus
Med det menas den normala sträckning som ständigt
finns i musklerna. Muskeltonus mäts genom en muskels resistans mot passiv sträckning.
4
ANNA
ryggmärgskretsar och lokomotion
RYGGMÄRGSKRETSAR OCH LOKOMOTION
Centrala program: definition, exempel, betydelse
Centrala program är enligt Lännergren ”motoriska program kan sägas vara en grupp
nervceller som är anatomiskt och funktionellt sammankopplade på ett sådant sätt att de
kontrollerar en viss rörelse och aktiverar olika muskler i den ordningsföljd som krävs för
rörelsens utförande.” Central pattern generators (CPG) (centrala mönstergeneratorer,
muskelaktiveringsmönster) är ett exempel på ett centralt program. De är system för olika
rytmiska rörelsemönster, såsom andning, tuggrörelser och lokomotion. Hjärnstammen eller
delar av ryggmärgen kan styra aktiviteten av olika motorneuron genom descenderande
kontroll. Den enklaste typen av CPG är ett neuron vars membranegenskap ger det
pacemakereffekt som i sin tur påverkar membranpotentialen så att den varierar längs
vilomembranpotentialen (depolariserar och hyoperpolariserar) och på så sätt får muskulaturen
att utföra rytmiska rörelser såsom gångcykeln. Nätverksegenskaper som t ex reciprok
inhibition (inhibitoriska interneuron mellan ryggmärgens två sidor eller mellan flexorer och
extensorer som aktiveras alternerande) ger också en rytmisk aktivitet. Det sker också en
rörelserelaterad feedback som påverkar systemet. En isolerad ryggmärg kan aktivera
rörelsemönster utan kontakt med hjärnan, vilket man sett i försök med nejonöga (en sorts
käklös fisk).
Mesencefala lokomotorregionen: funktion
Mesencefala lokomotorregionen – MLR – aktiverar CPG via formatio reticularis och sätter då
igång rörelsemönster. Kortikal kontroll sker via visual guidance, ett descenderande system
som bygger på kopplingar från syncentrat, t ex om man vid gång stöter på ett hinder och då
kan undvika detta. Lokomotionen består av en svängfas och en stödfas och dessa uppkommer
p g a alternering av aktivering av flexorer och extensorer i båda benen. Det finns en stor
koordination mellan benen.
5
HENRIK A
Descenderande bansystem
DESCENDERANDE BANSYSTEM
Ursprung, förlopp och projektion av direkta och indirekta corticospinala banor
De descenderande motoriska bansystemen kan delas in i två grupper utifrån den plats de går
genom ryggmärgen: laterala- resp. venteromediala bansystemet. I dessa finns det flera
separata banor. Som huvudregel anges i Bear och på föreläsningen att:
Det laterala bansystemet har hand om viljestyrda rörelser i de distala musklerna och står under
direkt cortikalkontroll. Kontrollerar även de spinala reflexbågarna.
De venteromediala banorna styr de posturala musklerna och lokomotionen och kontrolleras av
hjärnstammen. Kontrollerar balans och kroppshållning.
Laterala banor:
Cortikospinala banan
De flesta axonen kommer från motorcortex men det finns även sensoriska axon från
parietalloben. I ryggmärgen terminerar axonerna i den dorsolaterala delen av fram hornet och
reglerar motorneuron och interneuron som styr den distala muskulaturen (främst flexorer).
Eftersom det sker en överkorsning styr vänster hjärnhalva höger sida osv.
Motorcortex capsula interna hjärnstammen (pedunculus cerbri) medullan (pyramis)
överkorssning (decussatio pyramidum) ryggmärgen
Rubospinala banan:
Den rubospinala banan börjar i nucleus ruber, överkorsar sedan snabbt i pons, och följer sedan
den corticospinala banan genom ryggmärgen. Nucleus ruber får det mesta av sin information
från framloben.
Nucleus ruber överkorsning i pons medullan ryggmärgen
Venteromediala banor:
Vestibulospinala banan
Banan startar i nucleus vestibularis i medullan, går sedan medialt i ryggmärgen och terminerar
i framhornen på bägge sidor.
Nervimpulserna styr:
Nack- och ryggmuskulatur för att styra huvudrörelser, i förhållande till
balansinformation från vestibularis. Detta främst för att stabilisera ögonens position
vid rörelser.
Postulär extensormuskulatur i benen.
Tectospinala banan:
Banan startar i den colliculus superior och går medialt genom medullan för att slutligen
överkorsa i ryggmärgen.
Nervimpulserna styr:
Huvudrörelser för att följa rörelser med ögonen
Reticulospinala banan:
Banan startar i formatio reticularis i pons och går ipsilateralt medialt genom medullan och
ryggmärgen och terminerar i dorsalhornet.
6
HENRIK A
Descenderande bansystem
Stimulerar de antigravitära reflexerna och stimulerar alltså benets extensorer för att bibehålla
en upprätt kroppsställning.
Medullära retikulospinala banan
Banan startar o formation retikularis i medullan och går sedan lateralt om den retikulospinala
banan till ryggmärgen.
Nerverna har motsatt effekt met den reticulospinala banan och minskar reflexkontrollen över
benets extensorer.
De bägge retikulära banorna styrs av impulser från cortex och det är en kombination av
impulser från bägge två som sköter balansen som genereras av de posturala musklerna.
Styrning av axial resp distal muskulatur
Axiala muskler har sina motorneuron medialt i framhornet och styrs av de de venteromediala
bansystemen.
Distala muskler har sina motorneuron i den laterala delen av framhornet och styrs av de
laterala bansystemen.
7
MAGNUS, CARINA
Balansmotorik
BALANSMOTORIK
Balanskontrollsystemets uppgifter
Centrum av tyngdkraften inom understödsytan (dvs. mellan fötterna)
Kontroll av kroppens och huvudets position
Kontroll även under rörelser – inre och yttre koordinatsystemet
Inre koordinatsystemet
Kroppsegna koordinatsystemet
Positionssinne: Led-, muskel- och hudreceptorer
Proprioception – information om tillståndet i rörelseapparaten
Yttre koordinatsystemet
Kroppens position i rymden
Vestibularis – huvudets position
Syn
Inre, kroppseget koordinatsystemet
Primära och associerade rörelser
Styrning av primär rörelse
Anpassning till yttre
förhållanden
Balanskontroll
Associerad
rörelse
Perception
Primär rörelse
1. Gång
2. Armrörelse (kast)
3. Andning
Associerad rörelse
Bål- och armrörelser
Bål- och benrörelser
Höftrörelse
8
MAGNUS, CARINA
Balansmotorik
Sensoriska system av betydelse för balanskontrollen
Proprioceptorer
Ankelleden, fotvalv, fotsulor, muskelreceptorer (muskelspole, golgis senorgan)
Vestibularis
Syn
”Swinging room” = ett konstruerat rum där väggarna är rörliga. För man väggarna framåt
kommer försökspersonen att uppleva att den faller bakåt och därför försöka kompensera
genom att luta sig framåt. Eftersom inte bara syn utan även proprioceptorer och vestibularis är
av betydelse för balanskontrollen kommer vuxna ändå kunna hålla balansen. Barn däremot
överkompenserar och kommer att falla framåt, ehuru de är beroende av synen i större grad än
vuxna. De övriga systemen är inte riktigt utvecklade än.
Posturala synergier
Innebär ett ändamålsenligt muskelaktiveringsmönster, vilket möjliggör upprätthållande av en
god balans. Muskler samarbetar för god balans. T.ex. aktiveras distala muskel först och sedan
alltmer proximala.
Ofta rör det sig om muskelantagonister, d.v.s. muskelpar som motverkar varandra och därför
ger upphov till balans genom att exempelvis framsidans muskler aktiveras vid falltendens
bakåt.
Två olika principer för balanskontroll:
1. Anticipatorisk – feed forward
Kroppen kan förutsäga att balansen kommer att rubbas om inga åtgärder vidtages. Då
kompenserar kroppen i förväg. Ex: När man går i en trappa kommer man att luta sig
framåt för att kompensera för en balansstörning som ju kroppen kan förutse.
2. Feed back-kontroll
När en balansstörning uppstår som kroppen inte kan förutse och alltså får lov att
kompensera för efter att den inträffat. Ex: När man snubblar pga en ojämnhet i
marken.
Modifiering av posturala svaret
Detta kan sammanfattas med att ett inadekvat svar undertrycks och ett adekvat aktiveras när
olika balansstörningar inträffar. T.ex. om man först drar underlaget en människa står på
framåt kommer personen att falla bakåt om inte muskler på benets framsida aktiveras. För
varje gång försöket görs kommer dessa muskler att aktiveras allt snabbare. Om sedan
underlaget dras bakåt kommer personen först fortsätta att aktivera musklerna på framsidan, ett
inadekvat svar (som därför avtar allt mer för varje gång). Men sedan kommer personen att
modifiera det posturala svaret och aktivera muskler på benets baksida istället, vilket är ett
adekvat svar i denna situation. Denna modifiering kan dock inte barn göra.
För barn fungerar detta så här:
1. Från 1,5 åå (års ålder) kan posturala synergier utlösas som hos den vuxne, men kan
dock inte modifieras.
2. Från 6-7 åå kan synergier modifieras så att de blir anpassade till ändrade mekaniska
förhållanden.
9
MAGNUS, CARINA
Balansmotorik
3. Till grund för förmågan till modifiering ligger mognaden av hjärnan – förbindelser till
cerebellum och cortex cerebri (frontalloben) blir funktionsdugliga.
Toniska halsreflexer
En variant av sträckreflexen. Den stabiliserar huvudets position i relation till kroppen, m.h.a.
sträckreceptorer i halsmusklerna.
Vestibulära reflexer
Stabiliserar huvudets position i relation till tyngdkraften, mha vestibularis.
Toniska halsreflexer
När halsen böjs kommer 1a-afferenter att gå in och
α-motorneuron aktiveras som kontraherar samma
sida som sträckts.
Vestibulära reflexer
Kroppen och huvudet böjs, vilket
leder till att vestibularis skickar
signal till motsatt sidas
halsmuskulatur som kontraheras.
10
ANDREAS, HANRIK S
Cortikal kontroll av motorik
KORTIKAL KONTROLL AV MOTORIK
Primära motorkortex – styr rörelsens utförande
Somatotopisk organisation, reglering av muskelkraft och rörelseriktning; kodning av
rörelseriktning med neuronpopulationer.
Med somatotopisk organisation menas här,
som tidigare att varje del av det som ska
styras, armen exempelvis har en viss del av
hjärnbarken där neuron jobbar uteslutande
med armen.
Reglering av muskelkraft och
rörelseriktning sker gemensamt
med flera olika neuron.
Tillsammans bildar dessa signaler,
som kommer få en ”genomsnittlig”
vektor.
Det är alltså inte bara ett neuron
som säger ”flytta armen åt
vänster”, utan ett samspel mellan
flera olika neuron resulterar i
rörelsen. En neuropopulation är
alltså de celler som tillsammans
hjälps åt för att få armen åt ett håll.
En neuropopulation bildar med
gemensamma aktionspotentialer en
populationsvektor (röd pil).
Figuren längst upp till höger visar
hur ett enskilt neuron beter sig när
den ska signalerar rörelser. Man
ser att ett neuron har en roll i nästan alla rörelser som går åt vänster, medan den inte signalerar
något när armen ska dras till höger.
11
ANDREAS, HANRIK S
Cortikal kontroll av motorik
Kontroll av handens och fingrarnas finmotorik – direkt, monosynaptisk kontroll på
motorneuron.
Det finns två huvudsakliga ”pathways” för signaler som kommer från hjärnan ut i kroppen.
Den laterala, vilken är involverad i medvetna rörelser i distal muskulatur som är under direkt
kortikal kontroll. Den ventromediala är involverad i lokomotion osv. och är under
hjärnstamskontroll.
Den viktigaste komponenten i den laterala vägen är ”corticospinal tract”. Denna tract är en av
de största vi har och består av ca en miljon axon. Två tredjedelar av dessa axon kommer från
area 4 och 6, vilka tillsammans kallas motorcortex. Den andra tredjedelen är främst kopplad
med somatosensoriska areor.
Axon från motorcortex passerar
den interna kapseln, genom
cerebral peduncle, till slut genom
pons, för att slutligen forma
pyramidala tracten vid basen av
medullan. Mellan medullan och
ryggmärgen korsar den för att
innervera kontralateralt. Här
kommer också axonen, tillsammans
bilda laterala kolumner vilka är
cortospinal tract. Axonen
terminerar i de dorsolaterala
regionerna i de ventrala hornen.
Här ligger motorneuron och
internneuron som kontrollerar de
distala musklerna, framför allt
flexorerna.
En mycket mindre del av den
laterala vägen utgörs av den
rubrospinala tracten. Dessa
kommer från den röda kärnan och
kommer, i pons, genast korsa över
till andra sidan och sammangå med
de i den corticospinala tracten. Hos
människan verkar inte denna
rubrospinala tracten ha särskilt stor
betydelse.
Den imponerande finmotoriken vi upplever i händer och fingrar kan ske tack vare att varje
pyramidneuron har en direkt förbindelse med motorneuron som styr aktuell muskel. Denna
förbindelse är alltså monosynaptisk.
Premotorcortex (laterala)(PMA)
PMA är situationsrelaterat (Set-related), vilket innebär att det aktiveras innan själva rörelsen
utförs. Det är därmed viktigt för planering och förberedelse av rörelser. PMA deltar även i
12
ANDREAS, HANRIK S
Cortikal kontroll av motorik
utformningen av rörelser, t ex när man ska orientera armen mot ett föremål. Även
premotorkortex har en somatotopisk organisation och utflödet går till primära motorcortex,
men även till hjärnstam och ryggmärg.
Supplementära motorarean (mediala premotorcortex) (SMA)
SMA har en funktion som liknar PMA, d.v.s. planering av rörelser, men det deltar även i
programmering av komplexa rörelser där många muskler deltar, t ex att öppna och stänga
handen. Det aktiveras även när man tänker på en sammansatt och memorerad rörelse, utan att
utföra den. Vidare är SMA betydelsefullt för samordningen av rörelser med höger och vänster
hand samt koordinationen mellan viljemässig och postural motorik. Utflödet går till primära
motorcortex, men det finns även direkta förbindelser med hjärnstam och ryggmärg.
13
HENRIK A, HENRIK S
BASALA GANGLIERNA
Allmän funktion i motoriken – selektion av motoriskt program
De basala ganglierna är viktiga för regleringen av
motoriken. De ser till att det är rätt motorprogram
som används, alltså selektionen av rätt
rörelseprogram och även initiering av rörelser
startar här.
Uppbyggnad, ingående kärnor
De basala ganglierna är gråsubstans alltså
ansamlingar av nervceller inuti hjärnan alltså
innanför cortex.
I de basala ganglierna ingår:
Nucleus caudatus
Putamen
Globus pallidus (externa + interna)
Nucleus subthalamicus
Substantia nigra (pars compacta + pars reticulata) (I mesencephalon)
Nucleus caudatus och putamen brukar tillsammans omnämnas som striatum.
Thalamus är den allra viktigaste relästationen men den räknas ej med bland de basala
ganglierna.
14
HENRIK A, HENRIK S
Projektioner till och från basala ganglierna
Inflöde till de basala ganglierna sker från alla cortikala
områden men framförallt från prefrontala cortex,
motorcortex och även sensoriska cortex. Den
somatotopiska organisationen i cortex bibehålles genom
basala ganglierna och thalamus.
Inflödet från basala ganglierna sker till striatum
(putamen). Det är ett retande (transmittorsubstans –
glutamat) inflöde ifrån cortex.
Det sker även inflöde ifrån substantia nigra (pars
compacta) till striatum (putamen), mer om detta senare.
Utflödet ifrån de basala ganglierna sker ifrån globus
pallidus interna. Dessa neuron projicerar sig framförallt
till motorcortex via thalamus men även till hjärnstammen. Detta utflöde kan t.ex. excitera
neuron i SMA och sätta igång en viss rörelse.
Det sker även utflöde ifrån substantia nigra (pars reticulata), dessa neuron projicerar sig
antingen till thalamus och vidare till cortex eller till colliculus superior i mesencephalon.
Denna sista väg är viktig för kontroll av ögonmotoriken (se nästa avsnitt).
Celltyper, synaptisk
interaktion, transmittorer
90 % av alla celltyper i
striatum är medium spiny
neurons. Det finns två
populationer av dessa
neuron, den första
populationen projicerar sig
direkt till globus pallidus
interna medan den andra
populationen projicerar sig
till globus pallidus externa.
Båda dessa neuron är
inhibitoriska med
transmittorsubstansen
GABA. Dessa medium
spiny neurons får inflöde
från dopaminerga neuron
ifrån compacta delen av
substantia nigra (både inhibitoriskt och excitatoriskt inflöde) även excitatoriskt inföde ifrån
cortex, transmittorsubstansen glutamat, samt även från lokala interneuron inom striatum.
Neuronen projicerar sig sen till globus pallidus externa eller interna eller till substantia nigra,
pars reticulata. Dessa neuron är inhibitoriska och alltså GABAerga.
15
HENRIK A, HENRIK S
Förbindelser inom basala ganglierna - Direkta och indirekta vägen
Det finns två olika huvudvägar inom de basala ganglierna den direkta och den indirekta
vägen.
Direkta vägen:
Striatum globus pallidus interna thalamus premotorcortex (främst SMA)
Hjärnstammen
Denna väg startar ofta med en excitatorisk (glutamat) signal ifrån cortex till putamen.
Putamen-neuronen (den första populationen) har
inhibitoriska synapser (GABA) på globus
pallidus interna som i sin tur synapsar
inhibitorsikt (GABA) med celler i thalamus.
Neuronen i thalamus projiceras sig i sin tur
excitatoriskt (glutamat) till cortex, ffa till SMA.
Men hur kan detta hämmande utflöde initiera en
rörelse?
Vid vila så är neuronen i globus pallidus interna
ständigt aktiva och inhiberar därmed thalamus.
Cortikal aktivering av medial spiny neurons,
population 1, i putamen kommer dock att hämma neuronen i globus pallidus interna som
kommer att sluta skicka ut sin inhibitoriska transmittor till thalamus (även hjärnstammen). Nu
tillåts alltså vissa neuron i thalamus att bli aktiva och öka aktiviteten i SMA. Detta kallas för
disinhibition.
Vi tar detta en gång till:
1. cortikal aktivering på neuron i putamen
2. dessa inhiberar neuronen i globus pallidus interna
3. Neuronen i globus pallidus interna slutar att inhibera thalamus = Disinhibition
4. Neuron i thalamus tillåts att bli aktiva och aktivera neuron i premotorcortex.
Det sker alltså en disinhibition eftersom att thalamus i normalt fall får hämmande inflöde ifrån
basala ganglier (pallidus), men när denna inhibition upphör tillåts neuronen i thalamus att bli
aktiva. Att de blir aktiva beror på att thalamus ständigt får excitatoriskt input ifrån andra håll,
t.ex. cortex. Disinhibition kräver alltså bakgrundsaktivitet.
Det är här selektionen av motorprogram sker, de är de rätta cellerna, för ett visst
motorprogram, i basala ganglierna som blir aktiverade och sedan hämmade och sedan alltså
aktiverar vissa bestämda celler i thalamus som sedan leder till initiering av rätt program.
Somatotopiska organistaionen i både thalamus och basala ganglierna är viktigt för denna
selektion av ett rörelseprogram.
16
HENRIK A, HENRIK S
Indirekta vägen:
cortexputamenglobus pallidus externaglobus pallidus internathalamusmotorcortex
nucleus subthalamicus
hjärnstammen
Denna väg startar ofta med en
excitatorisk (glutamat) signal ifrån
cortex på neuron i putamen (medial
spiny neurons, population 2). Dessa
neuron projicerar sig inhibitoriskt
(GABA) till neuron i globus pallidus
externa som i sin tur har inhibitoriska
synaoser (GABA) på neuron i nucleus
subthalamicus. Neuronen här har
excitatoriska synapser (glutamat ) på
globus pallidus interna. Dessa neuron
synapsar inhibitorsikt (GABA) med
celler i thalamus. Neuronen i thalamus
projiceras sig i sin tur excitatoriskt
(glutamat) till cortex, ffa till SMA.
Hur fungerar då detta:
1. cortikal aktivering på neuron i putamen
2. dessa inhiberar neuronen i globus pallidus externa
5. Neuronen i globus pallidus externa slutar att inhibera nucleus subthalamicus och
globus pallidus interna = Disinhibition
3. Neuronen i globus pallidus blir då aktiva och skickar exciattoriska signaler till globus
pallidus interna
4. Neuronen i globus pallidus interna blir då aktiverade (pga excitationen ifrån nucleus
subthalamicus samt disinhibitionen ifrån globus pallidus externa)
5. Neuronen i globus pallidus externa fortsätter att skicka ut sin inhibitoriska signal till
thalamus
6. Neuron i thalamus är inaktiverade och skickar således inga signaler till cortex
Mekanismer för rörelseutlösande resp. rörelsehämmande funktioner
Den indirekta vägen bromsar alltså upp eller stoppar en rörelse eller minskar amplituden av en
rörelse.
Den direkta vägen däremot initierar samt ökar amplituden av en rörelse.
Det är viktigt med balans mellan den indirekta och den direkta vägen. Detta för att kunna
välja rätt rörelse, starta den och sedan bromsar den. Substantia nigra och dess
dopamininnervation av striatum hjälper till för att hålla denna balans. (läs längre ned)
Aktivitet i basala ganglierna vid utlösande av rörelser
Neuron i striatum är aktiva före initieringen av rörelsen. Under själva rörelsen, då den väl
initierats, så avtar dock aktiviteten i dessa celler.
17
HENRIK A, HENRIK S
Dopamininnervationen från substantia nigra - synaptiska effekter och funktion
Dopamininnehållande neuron i substantia nigra, pars compacta, kan både excitera och
inhibera neuron i striatum. (se bilden på föregående sida) Detta beror på att dopaminet kan
påverka olika receptorer som leder till olika saker. Det finns D1 och D2 receptorer. Medial
spiny neurons i putamen som ingår i den direkta vägen (population 1) har D1-receptorer som
vid en aktivering leder till en excitation av dessa neuron i putamen.
Medial spiny neurons i den indirekta vägen (population 2) har D2-receptorer som vid en
aktivering leder till en inhibition av neuronet.
Detta kommer alltså att leda till en underlättning av trafiken i den direkta vägen och en viss
nedtryckning av den indirekta vägen.
Detta kommer alltså att leda till en underlättning för rörelserna, de blir lagom lätta att utlösa
och bromsa upp. Detta är ett modulatorsystem.
Huvudfunktionen är inte att stoppa och starta en rörelse utan att ha en god balans mellan den
direkta och indirekta vägen. Därför har man frisättning av dopamin hela tiden (frekvensen på
AP ca 2 Hz).
Som sagt förut:
Direkta vägen – utlöser en rörelse
Indirekta vägen – bromsar och stoppar upp rörelse
Dopaminsystemet – lagom balans mellan direkta och indirekta vägen
Sammanfattningsvis kan sägas att de basala ganglierna kan underlätta viljestyrd rörelse
genom att samla utspridd information från olika delar av cortex till SMA. De fungerar också
som ett filter som ser till att fel rörelsemönster ej utlöses.
Motoriska störningar vid skador i basala ganglierna
Hypokinesier
Sjukdommar där det främsta symtomet är rörelsefattigdom. Ett exempel på det här är
parkinsons sjukdom som kännetäcknas av svårighet att sätta igång med rörelse. De uppvisar
igångsättningssvårigheter och kan behövas puffas i gång till det första steget. Gången sker
härefter med små, korta, toffliga steg utan tillhörande armrörelser. Parkinsonpatienter
uppvisar också ökad muskeltonus (rigiditet) och darrningar (tremor).
Felet vid Parkinsons är att celler dör i substantia nigra som har dopamin som transmittor.
Dessa celler kan dels vara exiterande D1 receptorer och aktivera striatum och den direkta
vägen ( igångsättning av rörelse) eller så kan de vara inhiberande D2 receptorer och inhibera
striatum och den indirekta vägen ( uppbromsning av rörelse) Se basala ganglierna.
Jämvikten och smaspelet mellan de här två vägarna kommer då inte att fungera som det ska
utan det blir för mycket aktivitet från den indirekta vägen och för lite aktivitet från den direkta
vägen. Sammantaget leder detta i slutsteget till en ökad hämning ur från de basala ganglierna
Hyperkinesier
Är motsatsen till hypokinesi. Här har vi i stället för en minskning en markant ökning av
dopamin frisättning i substantia nigra. Detta leder till överrörlighet. Ett exempel på sjukdom
här är Huntingtons disease. Dessa patienter har väldigt stora och yviga rörelser och har
problem med att stoppa upp dem. Det stora dopamin påslaget till striatum leder till en
degenerering av den indirekta vägen i dess första steg mellan striatum och globus pallidus
externa. Detta leder till att den direkta vägen tar över helt och ut från de basala ganglierna
kommer en sammantaget ökad aktivitet.
18
