HC9: Anatomie 1e motorneuron

Algemene informatie

• Welke onderwerpen worden behandeld in het hoorcollege?
  • In dit college wordt de anatomie en functie van het 1e motorneuron besproken
• Welke onderwerpen worden besproken die niet worden behandeld in de literatuur?
  • Alle onderwerpen in dit college worden ook behandeld in de literatuur
• Welke recente ontwikkelingen in het vakgebied worden besproken?
  • Er zijn geen recente ontwikkelingen besproken
• Welke opmerkingen worden er tijdens het college gedaan door de docent met betrekking tot het tentamen?
  • Er zijn geen opmerkingen over het tentamen gemaakt
• Welke vragen worden behandeld die gesteld kunnen worden op het tentamen?
  • Er zijn geen mogelijke vragen behandeld

Motorcontrole

Actieve spieren zijn nodig om botgroei te induceren → als spieren verlamd zijn, is er geen botgroei. Dit kan door trauma of een bevalling.

Het 1e motorneuron is nodig om het 2e motorneuron aan te sturen:

• Bovenste motorneuron
• Ligt in de motorcortex
• Piramide-projectie neuron
• Staat in verbinding met het 2e motorneuron

Het 2e motorneuron bestaat uit afferenten en efferenten:

• Afferenten
  • Spierspoeltjes
  • Spinale interneuronen
  • Pyramide motorneuronen in de motorcortex (Betz cellen)
• Efferenten
  • α-motorneuronen: extrafusale spiervezels
    • Dit zijn de gewone spiervezels
  • γ-motorneuronen: intrafusale spiervezels
    • Deze liggen in de spierspoel

De somatomotorkolom is afgeleid van somieten en zet zich voort in de hersenstam. Ook zijn er in de hersenstam spieren die afgeleid zijn van kieuwbogen: de branchiomotorkolom.

Motorkolommen

De witte stof is georganiseerd in motorkolommen:

• In het ruggenmerg
  • Opstijgende banen aan de buitenkant
  • Afdalende banen in het midden: sturen de motoriek aan
    • Lateraal: in de acherste zijstreng van het ruggenmerg t.h.v. de intumescenties
      • Corticospinale baan: van de cortex naar het ruggenmerg
      • Rubrospinale baan: van de nucleus ruber naar het ruggenmerg
    • Mediaal
      • Vestibulospinale baan: evenwichts informatie
      • Tectospinale baan: visuele informatie
      • Pontine reticulospinale baan
      • Medullaire spinale baan
  • Lokale banen: propriospinale verbindingen direct rondom de grijze stof
• In de hersenstam
  • Somatomotorkolommen
    • Oculomotoris, trochlearis, abducens
    • Hypoglossus
  • Branchiomotorkolommen
    • Trigeminus
    • Facialis
    • Ambiguus
    • Accessorius

Aansturing:

De motorkolommen worden als volgt gecontroleerd:

1. Vanuit de hele cortex komt het corticofugale systeem naar voren
   • Alle axonen die uit alle delen van de cortex tevoorschijn komen en naar lagere niveaus afdalen
2. De cortico bulbo spinale baan wordt gebruikt om de motoriek aan te sturen
   • Dit is een kleine subgroep van het corticofugale systeem
   • Ontspringt uit de motorcortex en premotorcortex
     • De enige projecties die rechtstreeks eindigen op de motorneuronen ontspringen aan de motorcortex
3. Verschillende delen van de cortico-bulbospinale baan sturen verschillende internneuronen aan:
   • Een deel loopt rechtstreeks door en stuurt de motorneuronen van de hersenstam en ruggenmerg aan
   • Een deel stuurt de mediale motorkolom aan:
     • Dit gebeurt via 3 secundaire systemen:
       • Tectospinale baan
       • Reticulospinale baan
       • Vestibulospinale baan
     • Secundaire systemen gaan ook naar de motorneuronen en interneuronen in de hersenstam en het ruggenmerg
   • Een rechtstreeks deel stuurt samen met de nucleus ruber de laterale motorkolom aan

Cortico-bulbospinale systeem:

Het cortico-bulbospinale systeem ontspringt aan de motorcortex en aan de premotorcortex en is onderdeel van het corticofugale systeem.

Er is een duidelijk onderscheid tussen het cortico-bulbospinale systeem en de cortico-bulbospinale baan:

• Cortico-bulbospinale systeem
  • Neuronen waaraan het systeem ontspringt
  • Axonen onderweg
  • Eindpunt van de axonen
• Cortico-bulbospinale tractus/baan
  • De axonen en de plaats waar ze eindigen

Motorcortex

Primaire cortex:

De motorcortex wordt ook wel de primaire motorcortex genoemd. Dit betekent dat het het 1e station voor het verwerken van zintuigelijke informatie is. Het deel van de primaire cortex dat gebruikt wordt om spieren aan te sturen heet de primaire motorcortex.

Onderverdeling:

De cortex is onder te verdelen in 3 delen:

• Primaire cortex
  • Eerste corticale station in sensorische verwerking
  • Laatste corticale station in motorische verwerking
  • Primaire cortices zijn:
    • Motorisch: gyrus precentralis
    • Sensorisch: gyrus postcentralis
    • Auditorisch: gyrus temporalis superior
    • Visueel: rondom de calcarine fissuur
    • Reuk: rondom de uncus anterior, piriforme cortex en insula
    • Smaak: gyrus pre- en postcentralis en insula
• Secundaire cortex
  • Omgeeft de primaire cortex (cortices)
    • Bijv. het spraakcentrum van Broca
• Associatieve cortex
  • De rest

Opbouw:

De cortex is een gelaagde structuur. Er zijn 2 soorten cortex:

• Neocortex
  • 6 lagen
  • Grootste deel van de cortex
  • Elke laag heeft een eigen functie
• Allocortex
  • Minder dan 6 lagen
  • Lymbisch systeem
    • Hippocampus: geheugen
    • Gyrus cinguli en gyrus parahippocampalis
  • Insula

Soms worden lagen niet gedefinieerd. Dit kan 2 redenen hebben:

• Er zitten veel cellen in
• Er zitten veel axonen in

Er zin input- en outputlagen die allemaal een eigen specifieke functie hebben. Deze functie kan door de variatie in de dikte van de lagen gegenereerd worden. Een voorbeeld van een inputlaag is laag 4 van de thalamus → hier is de sensibele schors sterk ontwikkeld. In de associatieve cortex zijn alle lagen ongeveer even veel tot ontwikkeling gekomen.

De corticale-bulbospinale projectie ontspringt aan piramidale neuronen. Deze zijn gelegen in laag 5 van de gehele hersenschors. Dit zijn altijd projectieneuronen → projecteren naar lagere niveaus

Betz cellen:

Betz cellen zijn piramidale reuscellen. Ze hebben een aantal kenmerken:

• Liggen alleen in de primaire motorcortex
  • Niet in de premotorcortex
• Hebben de dikste en snelste axonen in het CZS
• Hieruit ontspringen 5% van de axonen
• De enige 1e motorneuronen die rechtstreeks projecteren op 2e motorneuronen
  • Bij de andere 1e motorneuronen verloopt dit indirect via interneuronen
• Enorm snel → kunnen reflexsystemen omzetten
  • Zorgen er bijv. voor dat iemand een te hete macaronischors niet laat vallen
• Hun controle overtreft de controle van de secundaire systemen

Organisatie:

De motorcortex is somatotropisch georganiseerd:

• Hoe groter de representatie is, hoe belangrijker de motoriek
• Homunculus: hoe fijner de motoriek is, hoe groter het lichaamsdeel in de homunculus gerepresenteerd wordt
  • Bijv. de lippen, handen en vingers
• Bloedvoorziening:
  • Mediale oppervlak: arteria cerebri anterior
  • Laterale oppervlak: arteria cerebri media
  • Inferiore oppervlak: arteria cerebri posterior

Oorsprong:

De axonen in de cortico-bulbospinale baan kunnen op verschillende gebieden van de motorcortex ontspringen:

• 60% uit de primaire motorcortex
  • 55% ontspringt aan de piramidale neuronen uit laag 5 in de primaire motorcortex
  • 5% ontspringt uit de piramidale reuscellen van Betz uit laag 5
• 40% uit de premotorcortex
  • Uit de piramidale neuronen uit laag 5
  • De premotorcortex heet ook wel de gyrus precentralis

Cortigofugale systeem

Corticofugale projecties:

Cortifugale projecties kunnen onderverdeeld worden in:

• Corticothalame projecties
• Corticopontine
• Corticobulbair
• Corticospinaal
• Corticorubraal
• Corticoreticulair

Verloop:

Het corticofugale systeem heeft anatomisch op verschillende plaatsen verschillende namen gekregen:

1. Corona radiata
2. Capsula interna
3. Pendunculus cerebri
4. Fimbrae pontis
   • Is heel groot
5. Tractus pyramidalis
   • De echte piramidebaan
   • Is veel kleiner

Cortico-bulbospinale systeem

De corticofugale baan bestaat dus uit alle axonen die ontspringen aan de neocortex (20 x 10⁶). Een klein deel hiervan ontspringt aan de motorcortex en premotorcortex (1 x 10⁶) → de cortico-bulbospinale projectie. Deze kan onderverdeeld worden in 2 stukken:

• Corticobulbaal: naar de hersenstam
• Corticospinaal: naar het ruggenmerg

De vezels van het cortico-bulbospinale systeem die naar het ruggenmerg toe gaan vormen de piramidebaan (zo wordt het vanaf onder de pons genoemd). Dit is dus officieel alleen het deel van het corticofugale systeem dat vanuit de cortex naar het ruggenmerg (spinaal) loopt. Echter wordt hier vaak toch de hersenstam bij gerekend.

Oorsprong:

De oorsprong van het cortico-bulbospinale systeem bevindt zich in de motorcortex en de premotorcortex:

• Motorcortex: komt uiteindelijk uit op het intermediaire grijs en de 2e motorneuronen
• Premotorcortex: projecteert uiteindelijk op het intermediaire grijs en de secundaire motorsystemen

Coupes:

• Dia 31: mesencephalon
  • Blauw: tectum met daarin een gaatje → het aquaduct
  • Centraal grijs: tegmentum
  • Zwart: substantia nigra
  • Rood: pes
• Dia 32: pons
  • Rood: kernen waar corticofugale vezels op synapteren (pons)
  • Blauw: tectum (cerebellum)
  • Centraal grijs: tegmentum
• Dia 33: caudale deel in de pons
  • Nervus vestibulocochlearis en facialis komen tevoorschijn
  • Tectum is hetzelfde als het cerebellum
• Dia 34: caudaal van de pons
  • Zeer kleine pes → cortico-bulbospinale baan (piramidebaan)

Wetten neuroanatomie

Er zijn verschillende belangrijke wetten in de neuroanatomie:

• Eerste wet: de axonen in de cortico-bulbospinale baan kruisen allemaal → omnia decussatus (alles kruist)
• De linkerkant van het brein controleert de rechterkant
  • De axonen van de 1e motorneuronen kruisen allemaal → eindigen allemaal op een 2e motorneuron dat contralateraal is gelegen t.o.v. zijn oorsprong
• In sommige gevallen is er ook ipsilaterale projectie → projectie is altijd contralateraal en soms ook ipsilateraal
• Het bovenste gedeelte van het aangezicht wordt bilateraal geïnnerveerd vanuit de motorcortex, het onderste gedeelte alleen contralateraal
• Alle 2e motorneuronen innerveren spieren die aan dezelfde kant zijn gelegen als het neuron → ipsilateraal
  • De musculus trochlearis vormt een uitzondering
• Een aantal kernen wordt steeds bilateraal geïnnerveerd
  • Kern: een groep motorneuronen met interneuronen eromheen
  • Bilateraal: innervatie door de linker- en rechter motorcortex
  • Zo is het logisch dat de nervus trigeminus bilateraal wordt geïnnerveerd → stuurt de kauwspieren aan → kauwen is een symmetrisch proces

Hersenstam

De hersenstam is een voortzetting van het ruggenmerg. Het bestaat uit 3 verdiepingen

• Tegmentum: het middelste deel
  • Een voortzetting van het ruggenmerg
• Tectum: alles wat dorsaal van het ventriculaire systeem zit
• Pes: de rest
  • Corticofugale vezelbundel
  • Heet ook wel crus cerebri

Axonen van de motorcortex:

In de hersenstam ontspringen er een aantal axonen uit de motorcortex die direct 2e motorneuronen innerveren:

• Bilateraal vanuit de primaire motorcortex
  • Trigeminus motorkern (NV) → kauwen
  • Dorsale motorkern facialis (NVII) → mimische musculatuur bovenste helft aangezicht
  • Ambiguus kern (NIX, NX) → slikspieren
• Contralateraal vanuit de primaire motorcortex
  • Ventrale motorkern nervus facialis (NVII) → mimische musculatuur onderste helft aangezicht
  • Ventrale hoorn bovenste deel van het ruggenmerg ruggenmerg (XII) → musculus sternocleïdomastoïdeus en trapezius
  • Hypoglossuskern → tongspieren
• Er zijn een aantal motorneuronen in de hersenstam die niet door de primaire motorcortex geïnnerveerd worden
  • Oculomotorkernen → tectum
    • Er is geen rechtstreekse controle
  • Visceromotorkernen

Axonen van de premotorcortex:

De premotorcortex projecteert nooit rechtstreeks op de motorneuronen → stuurt secundaire systemen (interneuronen) aan, zoals het intermediaire grijs. Alleen de piramide reuscellen van Betz kunnen rechtstreeks projecteren op de motorneuronen, en deze zitten in de motorcortex.

De premotorcortex projecteert dus niet op motorneuronen, maar op secundaire systemen:

• Nucleus ruber
• Pons
• Reticulaire formatie
• Intermediaire grijs

Terminatie:

Sommige vezels kruisen in de hersenstam, sommige niet:

• Bilateraal
  • Motorkern van de nervus trigeminus
  • Dorsale motorkern van de nervus facialis
  • Nucleus ambiguus
• Controlateraal
  • Ventrale motorkern van de nervus facialis
  • Motorkern van de nervus hypoglossus
  • Motorkern van de brachiomotorspieren

Ruggenmerg

(On)gekruiste piramidebaan:

Op de overgang van de medulla oblongata naar het ruggenmerg steekt de hele piramidebaan over naar de andere kan → de kruising van de piramidebaan. Echter is deze kruising niet volledig:

• 90% steekt over: de gekruiste corticospinale baan
  • Verantwoordelijk voor de aansturing van de laterale motorkolom
  • Gaat in de achterzijstreng liggen
• 10% steekt niet over: de ongekruiste corticospinale baan
  • Loopt ipsilateraal rechtstreeks naar beneden toe
  • Gaat in de voorzijstreng liggen
  • Aansturing van de mediale motorkolom

De linkerhemisfeer controleert dus het rechterlichaam, en omgekeerd.

Terminatie:

De terminatie van beide banen in het ruggenmerg is verschillend:

• Ongekruiste ventrale piramidebaan eindigt bilateraal op:
  • Mediale intermediaire grijs (interneuronen)
    • 95% van de vezels eindigt hier
  • Mediale motorneuronen
    • 5% van de vezels projecteert direct op de mediaire motorneuronen
      • Dit gebeurt vanuit de reuscellen van Betz
  • Alleen in het cervicothoracale ruggenmerg aanwezig
• Gekruiste laterale piramidebaan eindigt contralateraal op:
  • Laterale intermediaire grijs (interneuronen)
    • 95% van de vezels eindigt hier
  • Laterale motorneuronen
    • 5% van de vezels projecteert direct op de laterale motorneuronen
      • Dit gebeurt vanuit de reuscellen van Betz

Secundaire systemen

Er zijn verschillende secundaire systemen:

• Rubrospinale baan
• Reticulospinale baan
• Vestibulospinale baan
• Tectospinale baan

Deze systemen projecteren nooit rechtstreeks op de motorneuronen, maar altijd op de interneuronen.

Rubrospinale baan:

De rubrospinale baan controleert de laterale motorkolommen. Vroeger was het het systeem dat de motoriek controleerde → hoe eerder in de evolutie, hoe groter de rubrospinale baan wordt en hoe kleiner de corticospinale baan.

Nu controleert de rubrospinale baan de snelheid van bewegingen. Het zorgt voor gedeeltelijk herstel na een corticospinale laesie.

Reticulospinale baan:

De reticulospinale baan heeft meerdere functies:

• Controleert de algemene exciteerbaarheid van de motorneuronpools
• Controleert de tonus van de anti-zwaartekrachtspieren in relatie tot de houding
• Reguleert de posturale reflexen
• Bevat reciproke verbindingen met het cerebellum
• De mediale reticulospinale baan maakt reflexen levendiger, de laterale reticulospinale baan maakt reflexen minder levendig:
  • Mediale reticulospinale baan
    • Ontspringt aan de pontine reticulaire formatie
    • Exciteert anti-zwaartekracht motorneuron pools
  • Laterale reticulospinale baan
    • Ontspringt aan de medullaire reticulaire formatie
    • Inhibeert anti-zwaartekracht motorneuron pools
    • Wordt sterk gestimuleerd door de premotorcortex → toename van stimulatie resulteert in meer inhibitie → reflexen worden nog meer geïnhibeerd

Vestibulospinale baan:

Het vestibulaire apparaat controleert de bewegingen van het hoofd en lichaam. Vanuit hier worden reflexen gegenereerd die ervoor zorgen dat het hoofd tijdens bewegingen stabiel blijft:

• Vestibulo-collis reflex: stabiliseert het hoofd door nekbewegingen als respons op vestibulaire signalen
• Vestibulo-spinale reflex: stabiliseert het hoofd door posturale bewegingen als respons op vestibulaire signalen

Tectospinale baan:

De testospinale baan corrigeert de houding. Dit gebeurt d.m.v. visuele en auditieve informatie.

Coupes:

De banen kunnen op MRI's zichtbaar gemaakt worden:

• Dia 74: HAL gaat uiteindelijk de piramidebaan vormen
  • HAL = head, arm, leg → de vezelbundel is somatotropisch georganiseerd
• Dia 75: de capsula interna maakt een knikje → de piramidebaan ligt op de "knie" van de capsula interna

Mictie

Urineblaas:

De blaas bestaat uit een wand van glad spierweefsel: de musculus detrusor vesicae. Dit is de samenknijpspier van de blaas.

De blaas bevat 2 sfincters:

• Interne urethrale sfincter
  • Glad spierweefsel
  • Gecontroleerd door het autonome zenuwstelsel
  • Een kringspier die alleen bij de man voorkomt
  • Speelt geen rol in het mictieproces
• Externe urethrale sfincter
  • Dwarsgestreept spierweefsel
  • In het diafragma urogenitalis
  • Onder willekeurige controle → bepaalt het moment van plassen

Efferente innervatie:

De efferente innervatie van de blaas ziet er als volgt uit:

• Somatische externe sfincter
  • De motorneuronpool voor de externe sfincter ligt t.h.v. S3-4
  • In de ventrale hoorn motorhoorn van het ruggenmerg liggen de somatomotorneuronen: de kern van Onuf
• Parasympathische controle
  • Begint t.h.v. S2, S3 en S4
  • Zet de plas "aan" → verhoogt de musculus detrusor en verlaagt de spanning van de sfincter
• Sympathische controle
  • Begint t.h.v. T12, L1 en L2
  • Zet de plas "uit"/vult de blaas → verlaagt de musculus detrusor en verhoogt de spanning van de sfincter

Afferente innervatie:

De afferente innervatie van de blaas zit er als volgt uit:

1. Reksensoren in de wand van de blaas meten de vulling
2. De informatie wordt door de reksensoren vervoerd naar S2, S3 en S4 → de sensibele informatie komt binnen

De reksensoren registreren dus continu hoeveel vulling er is:

• Weinig vulling (< 500 cc) → de sensoren vuren met een lage frequentie
• Veel vulling (> 500 cc) → de sensoren vuren met een hoge frequentie

Supraspinale controle:

De ruggenmergelementen die betrokken zijn bij de innervatie van de blaas staan onder controle van hogere centra:

• Pontine mictiecentrum
  • Het belangrijkste centrum
  • Kan een reflex aan- of uitzetten → reflexmatige switch tussen plassen/ophouden
• Centrum in de somatosensibele cortex
  • Registreert de spanning van de blaas
• Frontale mictie remmingscentrum
  • Willekeurige controle van mictie → kan plassen tegenhouden als de omstandigheden het op dat moment niet toelaten

Reflex controlemechanismen:

Als er weinig vulling in de blaas is, is er een lage frequentie van afferente signalering:

1. Het sympathisch zenuwstelsel wordt geactiveerd → de blaas vult zich en de plas gaat "uit"
   • De spanning van de musculus detrusor gaat omlaag
   • De interne sfincter spant aan
2. Het parasympathische zenuwstelsel wordt geïnhibeerd
   • De spanning van de musculus detrusor gaat omlaag
   • De interne sfincter spant aan
3. De kern van Onuf wordt geactiveerd
   • De externe sfincter wordt samengetrokken → er kan niet geplast worden
4. Het pontine mictiecentrum geeft signalen af
   • Zegt tegen de kern van Onuf dat de externe sfincter moet aanspannen → extra stimulatie
   • Inhibeert het parasympathische zenuwstelsel

Als de blaas vol is, is er een hoge frequentie van afferente signalering → het plasreflex komt op gang:

1. Het sympathische zenuwstelsel wordt geïnhibeerd → de plas gaat "aan"
   • De musculus detrusor spant zich aan
   • De interne sfincter ontspant
2. Het parasympathische zenuwstelsel wordt actiever
   • De musculus detrusor spant zich aan
   • De interne sfincter ontspant
3. Het pontine mictiecentrum geeft signalen af
   • Het parasympathische zenuwstelsel wordt geactiveerd
   • Het sympathische zenuwstelsel wordt geïnhibeerd
4. De kern van Onuf wordt geremd
   • De tonus van de externe sfincter wordt lager

Het somatosensibele sfinctergebied in de cortex krijgt signalen binnen via de spinothalame baan, mogelijk met het pontine mictiecentrum ertussen. Het pontine mictiecentrum werkt als een opslag/lediging switch. Echter wordt de laatste controle van het legen van de blaas vrijwillig gedaan door het frontale mictie remmingscentrum in de cerebrale cortex.

Laesies:

Verschillende laesies kunnen ervoor zorgen dat er problemen bij de blaas ontstaan:

• Cauda equina laesie
  • Cauda equina zijn de spinale wortels die onder het ruggenmerg zitten → de lage spinale wortels
  • Alle innervaties van en naar de blaas zijn verbroken
  • Geen controle/bewustzijn over de blaas → de blaas controleert zichzelf
    • Bij voldoende oprekking van het gladde spierweefsel gaat de blaas vanzelf contraheren → vanaf bepaalde vulling leegt de blaas vanzelf
    • Geen echte ledigingsreflex → de urine wordt een beetje uitgeplast
      • Er blijft altijd een beetje urine in de blaas achter → infecties
    • Geen vullingsgevoel → incontinentie
      • Patiënten voelen het pas als ze al in hun broek geplast hebben
• Kapot ruggenmerg boven Th12 (hoge dwarslaesie)
  • Alle reflexen werken nog, maar er is geen supraspinale controle van bovenaf
  • De blaas werkt alleen nog maar o.b.v. reflexen → reflexblaas
    • Vulling/ledigingsreflexen worden gecontroleerd door ruggenmergsystemen
      • Vulling van de blaas leidt tot activatie van het ledigingsreflex
    • De blaas wordt niet efficiënt geleegd → infecties
    • De externe sfincter werkt niet goed mee → spastische reacties
      • De externe sfincter knijpt op vreemde momenten aan: detrusor sfincter dyssynergie
    • Geen vullingsgevoel → incontinentie
• Laesie in de lobus frontalis
  • Het frontale mictiecentrum staat niet meer in verbinding met de rest van het systeem → de willekeurige controle gaat verloren
    • Het mictie remmingssysteem werkt niet meer
  • Leidt tot urge incontinentie → patiënten voelen wel dat ze gaan plassen, maar kunnen het reflex niet onderdrukken