Het zenuwstelsel

Inleiding

Het zenuwstelsel zorgt ervoor dat de informatie uit de zintuigen wordt doorgegeven en verwerkt. De belangrijkste taak van het zenuwstelsel is afstemming en communicatie.

 

Indeling van het zenuwstelsel

Zenuwcellen staan met elkaar in contact door een
fijnmazig netwerk van verbindingen.

Zenuwcellen hebben lange uitlopers, waardoor hun boodschap precies op de juiste plaats afgeleverd kan worden. Zo kunnen ze netwerken vormen waardoor cellen met elkaar in contact komen.

De meer dan 100 miljard zenuwcellen in onze lichaam staan met elkaar in contact via een fijnmazig netwerk van verbindingen. Alleen al in onze hersenen bedraagt de totale lengte van dit netwerk zo’n 400.000 kilometer.
Al die onderlinge verbindingen maken het mogelijk dat we kunnen denken, voelen, leren, herinneren, enzovoort.

Perifeer en centraal

Wanneer je kijkt naar de ligging van onderdelen van het zenuwstelsel, dan onderscheid je het centrale en het perifere zenuwstelsel.
Tot het centrale zenuwstelsel behoren hersenen en ruggenmerg.
Alles daarbuiten heet perifeer zenuwstelsel (perifeer = aan de rand).
De zenuwen zijn onderdeel van het perifere zenuwstelsel.

De hersenen bestaan uit grote hersenen, kleine hersenen en hersenstam. De grote hersenen verwerken impulsen afkomstig van de zintuigen en reguleren vrijwillige beweging. Ook vinden er allerlei verstandelijke en emotionele processen plaats (o.a. logisch redeneren, plannen, geheugen, emotie). De grote hersenen bestaan uit twee helften. Ze hebben een rimpelig voorkomen.

De kleine hersenen verzorgen o.a. de coördinatie van bewegingen. Schade aan de kleine hersenen geeft schokkerige bewegingen en soms evenwichtsstoornissen. Alcohol beïnvloedt het functioneren
van de kleine hersenen (bij dronkenschap ga je slingerend lopen).
De hersenstam bestuurt vitale levensfuncties als hartslag,
ademhaling en bloeddruk. De hersenstam bestaat uit het verlengde merg, de pons en de middenhersenen.

Hersenen
De hersenen bestaan uit grote hersenen, kleine hersenen en de hersenstam. Ze horen bij het centrale zenuwstelsel.
Ruggenmerg
Het ruggenmerg hoort bij het centrale zenuwstelsel en ligt in de wervelkolom.
Zenuw
Een zenuw hoort bij het perifere zenuwstelsel.

 

Animaal zenuwstelsel

Sensorische en motorische gebieden liggen gescheiden
van elkaar in de hersenen en het ruggenmerg.

Wanneer je kijkt naar de functie van het zenuwstelsel, dan onderscheid je het animale (bewuste) en het autonome (onbewuste) zenuwstelsel.
De hersenen krijgen informatie van onze zintuigen. Informatie die via huidzintuigen, ogen, oren, reuk- en smaakzintuigen binnenkomt, worden we ons bewust door processen in de grote hersenen.
De zintuigen die prikkels uit de omgeving opvangen, noemen we animale zintuigen. Het zenuwstelsel dat aan de ene kant is aangesloten op de animale zintuigen en aan de andere kant op huid- en skeletspieren, is het animale zenuwstelsel.

Het animale zenuwstelsel bestaat uit een sensorisch gedeelte (= gevoel) en een motorisch gedeelte (= beweging). Ook in de grote hersenen is een sensorisch gebied aan te wijzen. In dit deel vindt bewustwording plaats. Vanuit het motorisch gebied van de grote hersenen worden impulsen verstuurd naar de skeletspieren bij bewuste bewegingen.

Hersencentra

Tot het centrale zenuwstelsel behoren hersenen en  ruggenmerg.
Alles daarbuiten heet perifeer zenuwstelsel (perifeer = aan de rand).
De zenuwen zijn onderdeel van het perifere zenuwstelsel.
De hersenen bestaan uit grote hersenen, kleine hersenen en hersenstam. De grote hersenen verwerken impulsen afkomstig van de zintuigen en reguleren vrijwillige beweging. Ook vinden er allerlei verstandelijke en emotionele processen plaats (o.a. logisch redeneren, plannen, geheugen, emotie). De grote hersenen bestaan uit twee helften. Ze hebben een rimpelig voorkomen.

De kleine hersenen verzorgen o.a. de coördinatie van bewegingen.
Schade aan de kleine hersenen geeft schokkerige bewegingen en soms evenwichtsstoornissen. Alcohol beïnvloedt het functioneren van de kleine hersenen (bij dronkenschap ga je slingerend lopen). De hersenstam bestuurt vitale levensfuncties als hartslag, ademhaling en bloeddruk.
De hersenstam bestaat uit het verlengde merg, de pons en de middenhersenen.

1
Velden voor spraak.		 2
Primaire motorische velden.
3
Secundaire motorische velden.		 4
Ondersteunende motorische velden.
5
Primaire sensorische velden.		 6
Secundaire sensorische velden.
7
Velden voor zien.		 a
Motorische centra voor been.
b
Motorische centra voor romp.		 c
Motorische centra voor arm.
d
Motorische centra voor hand.		 e
Sensorische centra voor been.
f
Sensorische centra voor romp.		 g
Sensorische centra voor armen en hand.
h
Sensorische centra voor gezicht.		 i
Velden voor smaak.
j
Motorische centra voor gezicht.		 k
Velden voor horen.
l
Velden voor reuk.		 m
Velden voor lezen.

 

Autonoom zenuwstelsel: parasympatisch en orthosympatisch

Het autonome zenuwstelsel stuurt de spieren van inwendige organen en klieren aan en staat niet onder invloed van de wil. Het werkt daarbij nauw samen met het hormoonstelsel. De regelcentra van het autonome zenuwstelsel, bijvoorbeeld voor de ademhaling, hartslag en lichaamstemperatuur, liggen in de hersenstam. De thalamus en de hypothalamus onderhouden direct contact met de belangrijkste hormoonklier: de hypofyse.

Het autonome zenuwstelsel bestaat uit twee tegengesteld werkende delen, het orthosympatische en het parasympatische deel. Organen zijn zowel verbonden met een parasympatische als een orthosympatische zenuw. Dat heet dubbele innervatie. Het parasympatische deel is vooral actief als het lichaam in een toestand van rust en herstel verkeert. Het orthosympathische deel is vooral actief als het lichaam arbeid moet verrichten.

Parasympatisch deel Orthosympatisch deel
Vernauwt de pupillen. Verwijdt de pupillen.
Stimuleert de speekselafscheiding Remt de speekselafscheiding.
Verlaagt de hartslagfrequentie. Verhoogt de hartslagfrequentie.
Verlaagt de ademfrequentie en vernauwt de vertakkingen van de bronchiën. Verhoogt de ademfrequentie en verwijdt de vertakkingen van de bronchiën.
Stimuleert de maagsap/ en alvleessapafscheiding. Remt de maagsap/ en alvleessapafscheiding.
Remt de afgifte van glucose door de lever, stimuleert de samentrekking van de galblaas. Stimuleert de afgifte van glucose door de lever, stimuleert de ontspanning van de galblaas.
Stimuleert de darmsapafscheiding en de darmbeweging. Remt de darmsapafscheiding en de darmbeweging.
Stimuleert de samentrekking van de urineblaas. Stimuleert de ontspanning van de urineblaas.
Stimuleert de werking van de geslachtsorganen. Remt de werking van de geslachtsorganen.

 

Signalen in het zenuwstelsel

Agnosie is een aandoening waarbij mens het vermogen om personen, voorwerpen, geluiden, geur en dergelijke te herkennen missen, terwijl waarneming door zintuigen wel in orde is. Je ziet hier de resultaten van een test. Links moest de patiënt de figuur uit de linkerkolom aangeven in de vier mogelijkheden ernaast. Rechts ,moest de vorm worden nagetekend.


Vaak ben je je niet bewust van de signalen in je zenuwstelsel. Behalve natuurlijk als je je flink bezeert!
Ook als de werking van het zenuwstelsel verstoord is, bijvoorbeeld na een hersenbloeding, wordt pas goed duidelijk hoe belangrijk het zenuwstelsel is.
Bepaalde bewegingen zijn niet meer mogelijk of signalen uit de zintuigen komen niet meer aan in de hersenen.

Zenuwcellen of neuronen.
Een zenuwcel of neuron is meestal opgebouwd uit drie delen: een cellichaam (met celkern), een aantal korte uitlopers en een lange uitloper. De korte uitlopers die signalen naar het cellichaam toe geleiden heten dendrieten.
Het axon is de lange uitloper die het signaal van het cellichaam af geleid. Axonen eindigen in kleine blaasjes, de synapsen. Zij maken contact met een andere zenuwcel, een spiercel of een hormoonvormende cel.
Buiten het centrale zenuwstelsel zijn de axonen en dendrieten gebundeld en omgeven door een laagje bindweefsel. Zo’n bundel uitlopers heet een zenuw. Zenuwcellen kunnen signalen van zintuigcellen vervoeren of ze geleiden signalen naar spieren of klieren.
Signalen in zenuwcellen, de impulsen, zijn elektrische stroompjes
(de actiepotentialen).

Verschillende typen zenuwcellen

Naast verschillen in vorm kun je zenuwcellen ook indelen op basis van functie. Sensorische cellen (gevoelszenuwcellen) vervoeren signalen van een zintuigcel naar het centrale zenuwstelsel. Primaire zintuigcellen zijn eenvoudige en wat meer complexere, die zelf een actiepotentiaal kunnen genereren. Zoals een vrij zenuwuiteinde dat pijn registreert en een drukzintuigje in de huid.

Secundaire zintuigcellen zijn gespecialiseerde cellen (bijvoorbeeld staafjes en kegeltjes in je netvlies) die een prikkel (licht) omzetten in een signaal dat de zenuwcel verder geleid. Zij kunnen niet zelf een actiepotentiaal genereren.
Motorische cellen (bewegingszenuwcellen) vervoeren signalen vanuit de cel via een lange uitloper (het axon) naar een spier. Secretorische cellen hebben ongeveer dezelfde bouw als de motorische cellen en brengen signalen naar kliercellen.

Spronggeleiding

Lange uitlopers (axonen) van zenuwcellen liggen vaak in bundels bij elkaar (zenuwen).
Om kortsluiting te voorkomen zijn ze geïsoleerd door een mantel van vetachtige stoffen, met name eiwitten en fosfolipiden. Deze stoffen worden gemaakt door de cellen van Schwann. De cellen van Schwann vormen om het axon een myelineschede. Tussen de stukjes myelineschedes zit steeds een kleine ruimte, een knoop van Ranvier.
De stukjes niet geïsoleerde axon kunnen impulsen geleiden (zie "Impulsen").
De impulsen springen over van de ene naar de andere knoop van Ranvier.
De spronggewijze impulsgeleiding (saltatorische impulsgeleiding) maakt de impulssnelheid wel tien keer groter dan bij een niet gemyeliniseerd axon. Op die manier kan een walvis die een object ziet toch snel met een staartbeweging reageren, ook al liggen de zintuigcellen in zijn netvlies en de staartspiercellen 30 meter uit elkaar.


Reflexen

1. Hamertje
2. Sensorische zenuw
3. Sensorische gedeelte ruggenmerg
4. Schakelneuronen
5. Motorische zenuw doet spier spannen
6. Motorische zenuw doet spier ontspannen
7. Sensorische neuron naar de hersenen

Wanneer een stofje in je oog komt, ga je onmiddellijk knipperen. Er loopt een beetje traanvocht over je hoornvlies. Je hoeft er niet bij na te denken. Reflexen zijn onbewuste aangeboren reacties van je zenuwstelsel.

Veel reflexen hebben een functie bij het handhaven van lichaamshoudingen en bij bewegingen. Ook zijn er reflexen die processen in je lichaam regelen of ter bescherming dienen, bijvoorbeeld de terugtrekreflex als je met je hand iets heets aanraakt. Voorbeelden van reflexen zijn de hoestreflex, de pupilreflex, de ooglidreflex, de voetzoolreflex, de slikreflex en de zuigreflex.

Een reflex begint bij een waarneming door een zintuig. De impulsen bereiken via sensorische cellen het ruggenmerg. Met of zonder tussenkomst van een schakelcel worden de impulsen verder geleid naar een motorische cel die een spier of klier beïnvloedt. Er volgt een reactie. Tegelijkertijd worden ook impulsen naar de hersenen geleid. Daardoor wordt je je, een fractie later, ook bewust van de reactie.
De reflexboog bestaat dus uit een sensorische cel, (soms) een schakelcel en een motorische cel. De reflexbogen van romp en ledematen verlopen via het ruggenmerg, die van hoofd en hals via de hersenstam.

Pupilreflex

De pupilreflex en de scherpstelreflex (accommodatie) zijn voorbeelden van reflexen die niet via je ruggenmerg verlopen maar via de hersenstam. Bij de pupilreflex wordt de opening in de iris (pupil) groter of kleiner afhankelijk van de hoeveelheid licht. De pupilreflex kan ook door het sympathisch zenuwstelsel worden beïnvloed.
Bij stress wordt de pupil groter.
De iris bestaat uit een straalsgewijs lopende spier (de ‘streepjes’ van de iris) met daaronder een kringspier.
Bij fel licht op het netvlies gaan signalen, via de oogzenuw, naar je hersenen. Vandaar gaan signalen weer terug, via de oogzenuw, naar de kringspier van je iris. De iris trekt samen en je pupil wordt kleiner.
Vlak daarna trekken de straalsgewijze spiertjes zich samen en wordt je pupil weer groter.

 

Impulsen

Een EEG onderzoek in het ziekenhuis

De zintuigen geven informatie aan de hersenen door. De hersenen geven, na verwerking, die informatie door aan de rest van het lichaam. Zenuwcellen zorgen voor de informatieoverdracht.

De informatie die de zenuwcellen doorgeven wordt gecodeerd in impulsen. Een impuls is een elektrisch verschijnsel.
In dit deel van de kennisbank gaat het over de impulsgeleiding en het ontstaan van impulsen. Met een EEG kunnen de impulsen, als golven in de tijd, zichtbaar gemaakt worden.

 

Ion-concentratie verschillen

Formule wet van Nernst

V=V0+ 0,059/n log.conc.verschil
Met andere woorden:
Voor een eenwaardig ion, zoals K+ geldt n=1
Wanneer aan de ene kant van de membraan 10x meer K+
is dan aan de andere kant.

Geldt:
V= 0,059V = 59mV.

Bijna alle cellen in je lichaam worden omgeven door weefselvloeistof.
De celmembraan is de scheiding tussen cytoplasma en die vloeistof.
De samenstelling van het cytoplasma en de weefselvloeistof is verschillend.
Door een verschil in ionenconcentratie binnen en buiten de celmembraan ontstaat een potentiaalverschil over de membraan.

Met de wet van Nernst is die membraanpotentiaal te berekenen.

Door actief transport van ionen wordt voorkomen dat de ionenconcentratie binnen en buiten de cel gelijk worden. De celmembraan is gepolariseerd.
De verandering in membraanpotentiaal wordt vanuit de plaats van ontstaan over de membraan doorgegeven. Impulsen zijn de zichtbaar gemaakte veranderingen van de membraanpotentiaal in de tijd.

Rustpotentiaal/depolarisatie

Rustpotentiaal
Door diffusie via ion-kanaaltjes (zoals het Na+-kanaaltje) in de celmembraan worden de ionenconcentraties aan weerzijden gelijk.
Actief transport via ionpompjes zorgt ervoor dat er toch een concentratieverschil tussen verschillende ionen binnen en buiten de membraan blijft bestaan.
Op die manier ontstaat een membraanpotentiaal over de membraan van ongeveer 60mV. Je noemt deze waarde de rustpotentiaal.

Het cytoplasma bevat veel negatief geladen eiwitten. De binnenkant van de celmembraan is negatief ten opzichte van de buitenkant. Het potentiaalverschil is -60mV.
De grootte van de rustpotentiaal is afhankelijk van de diersoort die je bestudeert.

Depolarisatie
Met een oscilloscoop zijn veranderingen van de membraanpotentiaal te volgen. In de afbeelding zie je de opstelling die daarbij wordt gebruikt.
Op het beeldscherm is de membraanpotentiaal verandering (in mV) te meten in de tijd (in msec). De rustpotentiaal is ongeveer -60mV.
Een chemische, elektrische of mechanische prikkeling van een membraangedeelte leidt tot een potentiaalverandering van de membraan.
Depolarisatie tot een positieve waarde (+50mV) noem je een actiepotentiaal of spike.

Actiepotentiaal

De concentratie K+ is binnen in de zenuwcel groter dan er buiten. Voor Na+ en Cl- geldt het omgekeerde. Je spreekt van de rustfase. Een prikkel van een membraangedeelte verhoogt de doorlaatbaarheid voor Na+. Na+-ionen stromen de cel in terwijl K+ de cel uitstroomt. Daardoor begint de depolarisatie van de membraan. Aan het einde van de depolarisatiefase is de membraanpotentiaal +50mV. Daarna stopt de instroom van Na+ en begint de instroom van K+. Deze fase heet de repolarisatiefase.

Omdat de K+ instroom iets trager op gang komt schiet de membraanpotentiaal terug onder de waarde in rust, de relatieve refractaire periode. Daarna is de membraanpotentiaal weer zoals voor de prikkel.

De fasen van repolarisatie en relatieve refractaire periode noem je ook wel de absoluut refractaire periode. In die periode is het membraangedeelte niet prikkelbaar.

Impulsgeleiding

Wanneer je een membraangedeelte prikkelt zal de golf van actiepotentialen die ontstaat, zich naar beide zijden over de membraan voortplanten.
De meeste impulsen bereiken een zenuwcel via de dendrieten. Vandaar loopt de golf van actiepotentialen (impulsen) via de lange uitloper (het axon) naar de synapsen.

In de membraan van de zenuwcel bevinden zich ionpompjes (Na+/K+-pomp) en ionkanaaltjes.
Ionpompjes transporteren actief, tegen een concentratieverval in, ionen tussen cel en weefselvloeistof.

Ionkanaaltjes kunnen open of gesloten zijn.
Passief ionen- transport gaat van hoge naar lage concentratie.
Spanninggestuurde ionkanaaltjes reageren op potentiaalveranderingen in de buurt door open of dicht te gaan.
Transmitter gestuurde ionkanaaltjes reageren met open of dichtgaan op chemische stoffen, o.a. neurotransmitters.

Je kunt nog verder in detail kijken naar de manier waarop een prikkel van een membraangedeelte verder verloopt.

In de rustfase (afbeelding fase1) staan de K+ ionkanaaltjes open. De spanning gestuurde Na+ kanaaltjes en de neurotransmittergestuurde K+-kanaaltjes staan dicht. De membraanpotentiaal is -60mV. Wanneer het membraangedeelte wordt geprikkeld gaan de spanninggestuurde Na+-kanaaltjes open (afbeelding fase 2). Er treedt depolarisatie op, met als gevolg dat er steeds meer Na+-kanaaltjes open gaan staan (afbeelding fase 3).
Hierdoor gaan ook naastliggende spanninggestuurde Na+kanaaltjes open staan. De depolarisatiegolf gaat naar links en rechts verder.
In het stuk membraan dat als eerste werd geprikkeld sluiten de Na+-kanaaltjes en gaan de K+-kanaaltjes open (afbeelding fase 4). De membraan krijgt weer de rustpotentiaal.

Synapsen

Impulsen in zenuwcellen lopen vanaf het cellichaam naar de uiteinden van de cel. Die uiteinden noem je synapsen. Zenuwcellen maken contact met elkaar via de synapsen. In de synaps wordt een elektrische prikkel (membraandepolarisatie) omgezet in een chemisch signaal dat een aanliggend membraandeel van een andere cel kan beïnvloeden.
Neurotransmitters, zoals acetylcholine en nor-adrenaline, zijn chemische verbindingen die in een synaps gemaakt worden.

Door een depolarisatie van de membraan vlak voor de synaps, stromen Ca2+-ionen uit de weefselvloeistof in de synaps. Synaptische blaasjes met neurotransmitter versmelten met de pre-synaptische membraan. Door exocytose worden de neurotransmitters in de synaptische spleet gebracht. Daaruit diffunderen ze naar de post-synaptische membraan van een andere zenuwcel. De rustpotentiaal van de post-synaptische membraan kan worden gedepolariseerd of gehyperpolariseerd.

Exciterende (stimulerende) neurotransmitters depolariseren de post-synaptische membraan. Inhiberende (remmende) neurotransmitters veroorzaken een hyperpolarisatie van de postsynaptische membraan.
In dat geval wordt de membraanpotentiaal bijvoorbeeld -80mV, in plaats van -60mV. Er is een sterkere prikkel nodig om het membraan gedeelte vervolgens te depolariseren.

Recycling van neurotransmitters

Voor de knal van een rotje maakt het niet uit of je de lont met een lucifer of met een vlammenwerper aansteekt. Het is alles-of-niets.
In een zenuwcel geldt hetzelfde principe.
Zodra een membraangedeelte geprikkeld wordt zal er een depolarisatie opgang komen.
Wanneer de prikkelsterkte zo groot is dat de membraan, van bijvoorbeeld -70mV naar -50mV, wordt gedepolariseerd dan ontstaat een actiepotentiaal.

De -50mV is de drempelwaarde. Een zwakkere prikkel die de membraandepolarisatie onder de -50mV brengt dooft uit.
Een sterkere prikkel veroorzaakt één of meer actiepotentialen. Daarbij wordt de prikkelsterkte vertaald in het aantal actiepotentialen per tijdseenheid.
De frequentie actiepotentialen kan ook weer worden vertaald in een grotere neurotransmitterproductie door een synaps.

Neurotransmitters diffunderen via de synaptische speelt naar receptoren op de post-synaptische membraan. Ze maken contact met receptoren in die membraan.

Acetylcholine is een exciterende neurotransmitter. Nadat het membraangedeelte is gedepolariseerd gaat het enzym acetylcholine-esterase de acetylcholine afbreken. De beide losse brokstukjes worden weer terug genomen in de synaps. Op die manier kan weer nieuwe acetylcholine in de synaps worden gemaakt.
De inwerking van de neurotransmitter op de receptor is van korte duur.

  • Het arrangement Het zenuwstelsel is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.

    Auteur
    VO-content
    Laatst gewijzigd
    28-04-2021 10:59:05
    Licentie

    Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 4.0 Internationale licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie vrij bent om:

    • het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
    • het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
    • voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.

    Meer informatie over de CC Naamsvermelding-GelijkDelen 4.0 Internationale licentie.

    Aanvullende informatie over dit lesmateriaal

    Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:

    Toelichting
    De Kennisbanken bevatten de theorie bij de opdrachten.
    Leerinhoud en doelen
    Biologie;
    Eindgebruiker
    leerling/student
    Moeilijkheidsgraad
    gemiddeld

  • Downloaden

    Het volledige arrangement is in de onderstaande formaten te downloaden.

    Metadata

    LTI

    Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI koppeling aan te gaan.

    Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.

    Arrangement

    IMSCC package

    Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.

    Voor developers

    Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op onze Developers Wiki.

  • Wikiwijs is een dienst van