Aivorunko

Aivorunko

Määritelmä

Aivorunko (tai aivorunko) koostuu kolmesta rakenteesta – keskiaivoista, ponsista ja medulla oblongatasta – jotka yhdistävät aivot selkäytimeen. Sillä on useita tehtäviä autonomisessa hermostossa, ja sen nousevat radat vastaanottavat aistitietoa aivojen käsittelyä varten ja laskevat radat lähettävät motorista tietoa takaisin kehoon. Siellä sijaitsee myös kymmenen kahdestatoista kallohermosta. Kun otetaan huomioon nämä tehtävät, aivorunko on merkittävin sydän- ja verenkiertoelimistön ja hengityksen säätelyssä, kivun ja lämmön säätelyssä, unisykleissä, lihasten liikkeissä ja aistien säätelyssä kraniaalialueilla.

Tausta

Ennen kuin tarkastelemme kutakin aivorungon alarakennetta ja niiden tehtäviä aivorungossa, tarkastelemme ensin aivorungon suhdetta hermostoon.

Hermosto, hermosolut ja aivot

Hermosto on koko elimistön kattava merkittävä järjestelmä, jolla on keskeinen rooli selviytymisessä ja säätelyssä. Se vastaa aistitiedon välittämisestä kehosta aivoihin, josta aivot sitten lähettävät asianmukaiset reaktiot takaisin kehoon. Nämä vasteet voivat vaihdella – motorisista fysiologisiin ja varastointiin.

Hermosto koostuu yksittäisistä hermosoluista (eli neuroneista), jotka tunnistavat kehosta ja ympäristöstä tulevia signaaleja. Neuronit välittävät nämä signaalit sähköisen viestinnän välityksellä lähes välittömästi omiin kohteisiinsa aivoissa. Kun yksi hermo välittää signaalin seuraavalle hermolle, syntyy synapsi. Tällöin sähköiset signaalit muuttuvat kemiallisiksi kahden hermosolun välissä, ennen kuin ne muuttuvat taas sähköisiksi seuraavassa hermosolussa.

Neuronit muodostavat koko hermoston, joka jakaantuu kahteen fyysiseen osajärjestelmään: keskushermostoon (keskushermosto) ja ääreishermostoon. Keskushermostoon kuuluvat aivot ja selkäydin, kun taas ääreishermostoon kuuluvat kaikki muut hermosolut kaikkialla kehossa. Itse aivot koostuvat neljästä alueesta: isoaivoista, pikkuaivoista, välikehosta ja aivorungosta. Vaikka kullakin alueella on erilliset erot ja roolit suhteessa muuhun kehoon, on olemassa monia toisiinsa liittyviä väyliä ja hermoyhteyksiä, jotka voivat kulkea useiden rakenteiden kautta.

Aivorunko

Aivorunko on keskushermoston alue, joka yhdistää aivot suoraan selkäytimeen. Aivorunko, kuten kaikki muutkin aivojen ja hermoston rakenteet, koostuu täysin neuroneista. Näihin neuroneihin viitataan joskus ja ne jaotellaan kuiduiksi, aksoneiksi tai ytimiksi riippuen siitä, mitä osaa neuronista korostetaan.

Aivorunko kokonaisuutena ei ole yksittäinen rakenne. Sen sijaan se sisältää kolme päärakennetta – keskiaivot, pons ja medulla oblongata. Kukin näistä alueista sisältää merkittäviä alarakenteita ja rooleja, jotka on keskitetty kullekin alueelle, sekä päällekkäisiä alueiden välillä. Nämä alueet ovat myös vastuussa siitä, että ne sisältävät useiden kallohermojen alkulähteet.

Aivorungolla – kaikkine alarakenteineen – on monia tärkeitä tehtäviä autonomisessa hermostossa (joita kuvataan yksityiskohtaisesti seuraavassa jaksossa). Erityisesti aivorungolla on keskeinen rooli sydän- ja verenkierto-, hengitys- ja ruoansulatusjärjestelmässä sekä muissa tahdosta riippumattomissa toiminnoissa koko kehossa.

Aivorunko on äärimmäisen elintärkeä eloonjäämisen kannalta, sillä hermoyhteyksien menettäminen on erittäin tappavaa. Lääketieteellisesti aivorunkokuolema on ”peruuttamaton menetys” tajunnan ja hengityskyvyn palautumisessa. Aivorunkokuoleman aikana aivorunko lakkaa toimimasta, mutta aivokuorella voi edelleen olla projektioita. Kun sekä aivokuoren että aivorungon projektiot ovat kuitenkin kadonneet, elimistö kokee ”biologisen kuoleman”. Todellinen kuolema tapahtuu, kun myös sydän- ja keuhkotoiminta lakkaa. Ventilaattoreilla voidaan pidentää sydämen lyöntiä ja hapenkiertoa aivorunkokuoleman jälkeen, mutta todellista parannuskeinoa ei ole.

Autononominen hermosto

Kehossa on kaksi suurta toiminnallista hermostoa: somaattinen hermosto ja autonominen hermosto. Somaattinen hermosto vastaa tahdonalaisten vasteiden säätelystä ja toteuttamisesta koko kehossa. Tarkemmin sanottuna nämä ovat reaktioita, joista tietoinen on tietoinen (kuten käden nostaminen juoman nostamiseksi tai jalkojen potkiminen tanssin suorittamiseksi). Tämän seurauksena somaattinen hermosto kohdistuu tyypillisesti luurankolihaksiin.

Vapaaehtoinen liike ei kuitenkaan ole ainoa kehossa tapahtuva toiminta. Kehossa tapahtuu myös monia tahattomia liikkeitä, jotka ovat liikkeitä, jotka eivät ole tietoisia. Tällaisia liikkeitä ovat esimerkiksi sydämen syke – jota sydänlihas ohjaa – ja ruoansulatus – jota sileälihas ohjaa. Tähän luokkaan kuuluvat myös rauhasten toiminnot. Kaikki nämä toiminnot kuuluvat autonomisen hermoston valvontaan.

Autonominen hermosto jaetaan edelleen kahteen alaluokkaan: sympaattiseen ja parasympaattiseen hermostoon. Osana autonomista hermostoa nämä kaksi alajärjestelmää ohjaavat myös kehon tahattomien liikkeiden osia. Sympaattinen järjestelmä (lempinimeltään ”taistele tai pakene -reaktio”) antaa elimistön valmistautua stressitilanteisiin. Tähän voi kuulua sydämen sykkeen kiihtyminen, lisääntynyt glukoosin vapautuminen vereen ja estynyt ruoansulatus. Päinvastoin, parasympaattinen järjestelmä (lempinimeltään ”lepo- ja ruoansulatusreaktio”) antaa kehon lisätä ja varastoida energiaa. Tämä voidaan saavuttaa hidastamalla sydämen sykettä ja lisäämällä ruoansulatusta.

Aivorungolla on suuri merkitys autonomisen hermoston, mukaan lukien sekä sympaattisen että parasympaattisen hermoston, hallinnassa.

Aivorungon rakenteet ja toiminnot

Aivorungossa on nousevia ja laskevia ratoja. Nousevat radat käsittelevät aistitietoa, kun taas laskevat radat luovat motorisia reaktioita saatuun aistitietoon.

Kuten aiemmin mainittiin, aivorungon muodostavat kolme päärakennetta ovat keskiaivot, pons ja medulla oblongata. Kaikki nämä kolme rakennetta jakautuvat kolmeen alueeseen: tectum, tegmentum ja basis (takaosasta etupuolelle). Tektum sisältää yleensä aisteihin ja liikkeisiin erikoistuneita toimintoja. Tegmentum puolestaan sisältää kallon ytimet, verkkomuodostuman ja aivorunkoa ja muita rakenteita koko aivoissa yhdistävät radat. Lopuksi perusta sisältää aivokuorelta laskevien ratojen kuituja. Tämän artikkelin seuraavissa osioissa käsitellään yksityiskohtaisesti kullakin näistä kolmesta alueesta löytyviä erityisiä rakenteita.

Keskiaivojen yleiskatsaus

Keskiaivot ovat aivorungon pienin rakenne ja ylin osa. Se sijaitsee pikkuaivojen, isoaivojen, välikehon ja ponsin välissä. Aivorungon osana keskiaivojen yleinen tehtävä on ohjata aisti- ja liikeratoja. Yleisesti ottaen se on tärkeä välittämään hermoimpulsseja selkäytimestä muihin aivoihin ja päinvastoin. Vaikka keskiaivot joko ohjaavat tai avustavat monia erityisiä ruumiintoimintoja, niiden merkittävimpiä toimintoja ovat näkö- ja kuulonkäsittely, sisäinen palkitsemisjärjestelmä ja jotkin lihasliikkeet. Lisäksi keskiaivoissa sijaitsevat kallohermojen III ja VI alkulähteet.

Keskiaivojen keskellä on aivojen akvedukti, joka muodostaa kolmannen ja neljännen kammion välisen kanavan, josta aivo-selkäydinneste pääsee ulos. Keskiaivojen taka- ja etuosa jakautuvat aivojen akveduktin kautta vastaavasti tectum- ja tegmentum-sektoreihin.

Keskiaivojen alueet ja toiminnot

Keskiaivojen takaosassa (tectum) sijaitsevat corpora quadrigemina, joka on keskiaivojen ulokepari. Tähän pariin kuuluvat colliculi superior, joka on visuaalinen refleksikeskus, ja colliculi inferior, joka on auditiivinen relekeskus.

Keskiaivojen etuosa (eli tegmentum) vastaa monista osista ja tehtävistä, muun muassa seuraavista:

Retikulaarinen muodostuma: Retikulaarimuodostuman tärkein tehtävä on suodattaa aivoihin välitettyä aistitietoa, jolloin tietoinen voi kiinnittää huomiota tärkeimpiin läsnä oleviin aisteihin. Tämän seurauksena tämä alue on tärkeä yleisen tarkkaavaisuuden ja vireystilan ylläpitämisessä. Lisäksi retikulaarinen muodostuma on tärkeä sydän- ja verenkiertoelimistön systeemiselle hallinnalle, hengityksen säätelylle ja sen suhteelle tietoisuuteen heräämis- ja nukkumissyklien aikana. Lisäksi se sisältää verkostoja mielialan ja kivun säätelyyn. Kaikki nämä verkostot alkavat aivorungon ytimestä ja haarautuvat koko aivojen alueelle, jossa on nousevia ratoja talamukseen ja aivokuoreen ja laskevia ratoja selkäytimeen.

Punainen ydin: Punainen ydin on retikulaarimuodostuman alaosa ja sijaitsee keskiaivoissa. Se on tärkeä motorisen kontrollin kannalta, erityisesti autonomisen liikkeen koordinoinnissa heiluvien käsien ja kävelevien jalkojen välillä. Tämä ominaisuus on tärkeä tasapainon varmistamisessa.

Periaqueductal Gray Areas: Periaqueductal gray areas (tai PAG) on toinen keskiaivojen rakenne, joka toimii kivun hallinnassa. PAG:n neuroneista peräisin olevat välittäjäaineet – kuten dynorfiini ja serotoniini – hillitsevät kivunhallintaa. Tällä alueella on myös tärkeä rooli yleisessä autonomisessa järjestelmässä selviytymisen kannalta välttämällä kivuliaita tilanteita ja estämällä vaarallista käyttäytymistä.

Substantia Nigra: Substantia nigra sisältää dopamiinia tuottavia neuroneja, jotka auttavat motorisessa kontrollissa (basaaliganglioiden ohella – toinen aivorakenne). Tämän alueen osat ovat vastuussa talamuksen motorisen toiminnan estämisestä. Tämä alue rappeutuu varhain Parkinsonin tautia sairastavilla potilailla.

Ventraalinen segmentaalialue: Ventraalisegmentaalinen alue sisältää myös dopamiinia tuottavia neuroneja. Toisin kuin substantia nigra, tämä alue vastaa kuitenkin aivojen palkitsemisjärjestelmästä. Se palkitsee motivaation mielekkyyttä, assosiatiivista oppimista ja positiivisia tunteita. Tämä on myös alue, joka on aktiivinen orgasmeissa. Ventraalisen segmentaalialueen neuronit projisoituvat tietoisuuteen ja uneen liittyville aivokuoren alueille.

Ponsin yleiskatsaus ja toiminnot

Pons on aivorungon keskirakenne, joka sijaitsee keskiaivojen ja medulla oblongatan välissä. Se sisältää pitkittäisiä kuituja, jotka ovat yhteydessä korkeampiin keskuksiin kaikkialla aivoissa ja selkäytimessä, sekä poikittaisia ja selkärangan suuntaisia kuituja, jotka lähettävät tietoa aivokuoren ja pikkuaivojen motorisen toiminnan alueiden välillä. Lisäksi ponsista lähtevät kallohermot V, VI, VII ja VIII.

Ponsin merkittävimpiin tehtäviin kuuluvat toiminnot, jotka liittyvät kulloiseenkin tästä rakenteesta lähtevään kallohermoon. Näihin kuuluvat pään ja kasvojen alueen tuntemusten tunnistaminen sekä kasvojen, silmien, korvien ja suun liikkeet. Lisäksi pons on tärkeä autonomisten toimintojen, kuten syljen tuotannon, kannalta tasapainon ylläpitämisen lisäksi. Keskiaivojen tavoin pons sisältää osan retikulaarimuodostumasta ja liittyy siten sydän- ja verenkiertoelimistön säätelyyn ja hengitysrytmiin liittyviin toimintoihin.

Glioomat (tai gliakasvaimet) voivat esiintyä missä tahansa aivorungossa, ja siksi niitä kutsutaan aivorungon glioomiksi. Keskiaivoissa ja medulla oblongatassa esiintyvät glioomat ovat kuitenkin yleensä matala-asteisia. Tuntemattomasta syystä ponsissa esiintyvät glioomat kasvavat nopeasti ja ovat korkea-asteisia kasvaimia.

Medulla oblongata yleiskatsaus

Medulla oblongata (tunnetaan myös nimellä medulla) on aivorungon alin alue. Medulla yhdistää aivorungon suoraan selkäytimeen, eikä näiden kahden rakenteen välillä ole selvää eroa. Osa tästä rakenteesta muodostaa neljännen kammion pohjan. Muiden aivorungon alueiden tavoin se on tärkeä laskevan motorisen ohjauksen ja nousevan aistitiedon välittämisessä. Erityisesti aivokurkiainen on kuitenkin huomattavin elintoimintojen valvonnasta, mukaan lukien asianmukaisen sydän- ja verenkiertoelimistön hallinnan ja hengityksen varmistaminen. Se stimuloi myös monia refleksejä, kuten oksentelua, yskää ja aivastelua. Monet aivokuoren toiminnot ovat päällekkäisiä hypotalamuksen kanssa, jolloin aivokuori on usein rakenne, johon hypotalamus välittää ohjeita. Lisäksi aivokurkiaisesta lähtevät aivohermot IX, X, XI ja XII.

Aivan kuten muidenkin aivorunkorakenteiden kohdalla, tectum, tegmentum ja basis jakavat aivokurkiaisen kolmeen osaan. Tectum muodostaa osan neljännestä kammiosta, kun taas tegmentum sisältää inferior olivaryn ytimen ja pitää sisällään medulla kallohermot. Basis sisältää pyramidin dekussation.

Medulla Oblongatan alueet ja toiminnot

Kuten keskiaivojen ja ponsin kohdalla, myös medulla sisältää osan retikulaarimuodostumasta. Sydän- ja verenkiertoelimistö ja hengityselimistö yhdistyvät yhdeksi järjestelmäksi tässä keskiaivojen rakenteessa. Afferentit kardiorespiratoriset signaalit synapsoituvat medullaan ja toimivat hengityksen säätelemiseksi. Ventraalinen hengityskolumnisti, joka säätelee hengitysrytmiä ja sen värähtelykuviota, sijaitsee myös medulla. Lisäksi medulla toimii vasomotorisena keskuksena. Tämä johtuu siitä, että läsnä olevat neuronit voivat stimuloida verisuonten läpimitan säätöjä samalla, kun ne valvovat valtimopaineen lähtötasoa.

Solidaarisen radan ydin sijaitsee medulla, ja se on järjestäytynyt välitettävän informaatiotyypin sekä informaation perusteella aktivoituvien ratojen mukaan. Se koordinoi suurelta osin afferenttia informaatiota. Tässä ytimessä tapahtuvat medullan tärkeimmät toiminnot, mukaan lukien baroreseptoreista ja kemoreseptoreista tuleva tieto. Verisuonten baroreseptorit lähettävät informaatiota ytimen ytimeen sydämen sykkeen ja verenkierron säätämiseksi. Verisuonten kemoreseptorit aistivat happi- ja hiilidioksidipitoisuuksia, minkä ansiosta yksinäisen traktin ydin voi ylläpitää asianmukaista hengitystä. Lisäksi maku synapsoituu ensin tässä ytimessä, ennen kuin se lähetetään talamukseen ja aivokuorelle aistinkäsittelyä varten.

Postrema-alue: Area postrema sijaitsee medullan dorsaalipinnalla. Oksentamiskeskuksena täällä sijaitsevilta soluilta puuttuu veri-aivoeste. Siksi suuret ja polaariset molekyylit pääsevät läpi. Innervoituminen täällä voi aiheuttaa henkilölle pahoinvointia. Tutkimuksissa on havaittu, että tällä alueella on reseptoreita ihmisen koriongonadotrooppiselle hormonille (hCG), joka on raskaushormoni. Tämä voisi viitata mahdolliseen selitykseen raskaana olevien naisten lisääntyneelle herkkyydelle aamupahoinvoinnille.

Spinaalinen kolmoishermon ydin: Selkärangan trigeminusydin on tärkeä lämpötilakivun ja syvien ipsilateraalisten (tai saman puolen) kasvojen kosketusten aistimisessa. Se on ensimmäinen paikka, jossa orofaskiaalisen kivun (yleisnimitys pään ja kaulan alueen kivulle) hermot synapsoituvat.

Inferior Olivary Nuclei: Inferior olivary nuclei ovat tärkeitä vastaanottamaan tietoa proprioseptiikasta (eli tietoisuudesta kehon asennosta ja liikkeestä), lihas- ja niveljännityksestä sekä motorisesta aikomuksesta. Koska pikkuaivot vastaavat erityisesti luuston liikkeistä ja tasapainosta, nämä ytimet synapsoivat suoraan pikkuaivoihin. Lisäksi nämä ytimet ovat vastuussa nielemisestä, yskimisestä ja aivastamisesta.

Pyramidi-deksaatio: Pyramidaalinen decussation sisältää suurimman osan motorisista kuiduista motoriselta aivokuorelta muodostaen lateraalisen kortikospinaalisen radan selkäytimessä. Täällä pyramidiradat risteävät toistensa yli muodostaakseen yhteyksiä kehon vastakkaisille puolille. Selkärankaisilla yleisenä piirteenä evoluutiobiologit kyseenalaistavat edelleen tämän risteytymisen edun.

Cuneate- ja Gracious-ytimet: Medullan cuneate-ydin vastaanottaa tietoa yläraajoista, kun taas gracious-ydin vastaanottaa tietoa alaraajoista. Nämä kuidut muodostavat mediaalisen lemniscuksen, joka on väylä, joka tuo proprioseptiikkaa, värähtelyä ja hienoa kosketustuntoa koskevaa tietoa talamukseen.

Sinothalamuskanava: Spinothalamuskanava on nouseva väylä, jossa kipu, lämpötila ja karkea kosketus kulkevat selkäytimestä aivoihin. Lopulta rata päättyy ventraaliseen posterioriseen lateraaliseen ytimeen talamuksessa. Kipu ja lämpötila kulkevat etummaista rataa pitkin, kun taas karkea kosketus kulkee lateraalista rataa pitkin.

Aivorungon aivohermot

Kuten tämän artikkelin aikana on mainittu, aivorungossa on kymmenen kahdestatoista aivohermosta. Hermot III ja IV saavat alkunsa keskiaivoista, kun taas hermot V, VI, VII ja VIII saavat alkunsa ponsista ja hermot IX, X, XI ja XII saavat alkunsa aivorungosta. Näillä hermoilla voi olla sensorisia toimintoja, motorisia toimintoja tai molempia. Seuraavissa kappaleissa kuvataan kunkin aivorungon kallohermon yleinen toiminta ja esitetään kaavioita, joihin on merkitty niiden sijainti.

Huomautus: Kaksi hermoa, jotka eivät saa alkunsa aivorungosta, ovat hajuhermo (I) ja näköhermo (II). Nämä hermot lähtevät sen sijaan isoaivoista.

Keskiaivoista lähtevät hermot:

Oculomotorinen hermo (III): Oculomotorinen liikehermo sisältää motorisia toimintoja, joilla ohjataan pupillin ja silmien liikkeitä.

Trochleaarinen hermo (IV): Trokleaarihermossa on motorisia toimintoja, jotka ohjaavat ylempää vinoa lihasta. Tämä lihas sijaitsee obitin (silmää ympäröivän) ylä- ja mediaalialueella ja mahdollistaa silmän abduktio-, depressio- ja sisäkiertoliikkeen.

Ponsista lähtevät hermot:

Trigeminaalihermo (V): Kolmoishermo sisältää sekä sensorisia että motorisia toimintoja leukaan ja sitä ympäröiviin purentalihaksiin. Lisäksi se sisältää aistitoimintoja moniin kasvojen osiin, kuten silmäkulmarakenteisiin, nenäonteloon, otsan ihoon, kulmakarvoihin, silmäluomiin, nenän osaan, huuliin, ikeniin, hampaisiin, sarveiskalvoihin, kitalakeen, suulakeen ja nieluun.

Hermo Abducens (VI): Abducens-hermo sisältää motorisia toimintoja lateraaliselle suoralle lihakselle, joka on yksi kuudesta lihaksesta, jotka vastaavat silmämunan liikkeistä.

Kasvohermo (VII): Kasvohermo sisältää aistitoimintoja, jotka liittyvät makuun kielen kahdella ensimmäisellä kolmanneksella. Lisäksi se sisältää motorisia toimintoja lihaksille, jotka johtavat kasvojen ilmeisiin, kyynelrauhasille (jotka sisältävät nesteitä silmän voiteluun) ja submandibulaarisille ja sublingulaarisille sylkirauhasille (jotka ovat kaksi kolmesta suuresta rauhasesta, jotka auttavat syljen tuotannossa suussa).

Vestibulokokleaarinen hermo (VIII): Vestibulokokleaarihermolla on erityisiä aistitoimintoja sisäkorvassa kuuloa varten ja eteishermossa liikettä ja tasapainoa varten.

Pitkittäishermosta lähtevät hermot:

Silmänieluhermo (IX): Glossofaryngeaalihermo sisältää aistitoimintoja kielen takakolmannekseen, nieluun ja suulakeen, verenpainelähteisiin, pH-tasoihin, happipitoisuuksiin ja hiilidioksidipitoisuuksiin. Lisäksi se sisältää motorisia toimintoja nielun lihaksille ja parotis-sylkirauhaselle (viimeinen jäljellä oleva suuri syljen tuotantoon tarkoitettu rauhanen suussa).

Vagushermo (X): Vagushermo sisältää aistitoimintoja korvalehteen ja ulkoiseen äänikanavaan, palleaan ja rintaontelon sisäpuolella oleviin viskeraalielimiin. Se sisältää myös motorisia toimintoja kitalaen ja nielun lihaksille sekä rintakehän viskeraalielimille.

Aksessorinen hermo (XI): Aksessorinen hermo sisältää motorisia toimintoja kitalaen, nielun ja kurkunpään luurankolihaksille , sekä kaulan ja selkärangan sternocleidomastoideus- ja trapeziuslihaksille.

Hypoglossaalihermo (XII): Hypoglossaalihermo sisältää motorisia toimintoja, joilla ohjataan kielen lihaksistoa.

Johtopäätös

Aivorunko on keskushermoston aivojen ja selkäytimen välinen yhdysrakenne. Aivorunko sisältää keskiaivot, pons ja medulla oblongata, ja sillä on useita tehtäviä autonomisessa hermostossa, mukaan lukien sydän- ja verenkiertoelimistön ja hengityksen ohjauksessa sekä aisti- ja liikuntatoiminnoissa. Lisäksi aivorungossa sijaitsevat kymmenen kahdestatoista kallohermosta, mukaan lukien hermot III – XII.

Visailu

Bibliografia

.