Johdanto
Ihminen on monimutkainen kokonaisuus, mutta samalla saumattomalla yhteistyöllä toimiva tehokas koneisto. Tämän jakson kussakin luvussa kerrotaan yhdestä osasta ihmiskehoa ja korostetaan sitä, että mikään sen osa ei voi toimia irrallaan muista.
Eri elimistöt toimivat yhdessä ihmiskehoa palvellen. Ihmiselimistön toimintoja ohjaavat kaksi rinnakkaista säätelyjärjestelmää: hermosto ja hormonit. Tässä luvussa tarkastellaan hermostoa.
Hermosto
Hermoston avulla säädellään elimistön toimintoja. Se välittää viestejä kehossa täsmällisesti ja nopeasti. Hermoston viestien vaikutukset ovat lyhytaikaisia.
Hermosto jakautuu keskus- ja ääreishermostoon. Keskushermostoon kuuluvat aivot ja selkäydin. Niistä molemmilla on sekä somaattisia että autonomisia toimintoja. Tahdonalaisesti toimivia hermoston osia kutsutaan somaattiseksi ja tahdosta riippumatonta autonomiseksi.
Loput hermot muodostavat ääreishermoston. Ääreishermostossa ärsykkeet kulkevat aistielimistä keskushermostoon ja keskushermostosta lihaksiin tai rauhasiin. Ääreishermoston avulla aivot saavat siis tietoa ympäristöstä ja elimistön sisäisestä tilasta. Tämän informaation avulla aivot voivat ohjata toimintaamme.
Hermosto muodostuu hermosoluista, joissa viestit kulkevat sähköisinä impulsseina. Hermoston viestit kulkevat hermoja myöten keskushermostosta ääreishermostoon ja toisinpäin valmiita reittejä eli hermoja myöten.
- Keskushermosto voidaan jakaa toiminnallisesti sympaattiseen ja parasympaattiseen osaan.
- Sympaattinen hermosto nostaa sydämen sykettä ja laajentaa keuhkoputkia.
- Parasympaattisen hermoston liian aktiivinen toiminta tunnetaan stressinä.
- Hermoston toiminta vaikuttaa myös hormonien eritykseen umpirauhasista.
Aivot
Ihmisen aivot on monimutkainen elin, joka koostuu kymmenistä miljardeista hermosoluista eli neuroneista. Hermosolut ovat yhteydessä toisiinsa haarakkeiden avulla muodostaen verkoston. Tämä mahdollistaa aivojen monipuoliset toiminnat.
Aivoilla on monia tehtäviä. Ne tulkitsevat aisti-informaatiota, säätelevät elimistön toimintaa ja vastaavat tiedon käsittelystä (esimerkiksi oppimisesta ja muistamista) ja tunne-elämästä.
Aivot ovat hermoston säätelykeskus, jossa ääreishermostolta tulevia viestejä käsitellään ja jossa hormonitoiminnan viestejä muutetaan tarpeen tullen hermoston viesteiksi.
Aikuisen aivot painavat noin 1,5 kilogrammaa ja ovat aivo-selkäydinnesteen ympäröimät. Neste suojaa herkkiä aivosoluja tärähdyksiltä pään heiluessa. Aivokalvot sulkevat vielä kokonaisuuden sisäänsä.
Aivojen uloin osa eli isoaivot on poimuttunut, jotta siihen mahtuisi mahdollisimman paljon hermosoluja. Isoaivot vastaavat ajattelusta, muistista, aistitoimintojen käsittelystä ja luustolihasten toiminnasta.
Erityisesti isoaivojen ylin osa, muutaman millimetrin paksuinen aivokuori, sisältää runsaasti hermosoluja. Aivokuori muodostuu isoksi osaksi hermosolujen soomaosista, jonka takia sitä kutsutaan harmaaksi aineeksi.
Isoaivojen kuorikerros jakautuu lohkoihin ja toiminnallisiin alueisiin. Isoaivoista on erotettu muun muassa näkö-, kuulo-, haju-, tuntoaisti-, liike- ja puhealueita.
Isoaivot muodostuvat kahdesta puoliskosta. Oikea puolisko vastaa pääosin kehon vasemman puolen toiminnoista ja vasen puolisko puolestaan kehon oikean puolen toiminnoista. Erillisiä aivopuoliskoja yhdistää aivokurkiainen, joka mahdollistaa aivopuoliskojen yhteistyön. Väliaivojen talamus välittää isoaivoille tietoa aistitoiminnoista.
Isoaivojen alla takaosassa, takaraivossa, ovat pikkuaivot. Ne huolehtivat liikkeiden hienosäädöstä sekä opittujen liikesarjojen toistosta ja ovat vielä isoaivojakin tiheämmin poimuttuneet.
Aivojen keskiosassa on aivorunko, joka yhdistää selkäytimen aivoihin. Aivorunko sisältää keskiaivot, aivosillan ja ydinjatkeen. Keskiaivoissa on mm. silmiä ja liikkeitä sääteleviä tumakkeita. Aivosillan kautta kulkee lukuisia aivohermoja. Ydinjatke ohjaa hengittämistä ja nielemistä sekä esimerkiksi oksentamista. Ydinjatke vaihettuu lopulta selkäytimeksi.
Aivorungon ja isoaivojen välissä ovat väliaivot, joihin kuuluvat hypotalamus ja talamus sekä kaksi umpirauhasta, aivolisäke ja käpyrauhanen. Hypotalamus ja talamus ovat tumakkeita eli hermosolukertymiä. Hypotalamus vastaa osaltaan elämää ylläpitävistä toiminnoista mm. ohjaten umpirauhasten toimintaa. Hypotalamus säätelee esimerkiksi nälkää, kehon lämpötilaa ja vesitasapainoa. Esimerkiksi elimistön liian vähäiseen vedenmäärään hypotalamus reagoi aiheuttamalla henkilölle janon tunteen hermoston avulla sekä erittämällä aivolisäkkeen takalohkon kautta antidiureettista hormonia eli ADH:ta, joka edistää veden takaisinottoa munuaisissa. Hypotalamuksen ja aivolisäkkeen toimintaa on esitelty seuraavassa luvussa.
Aivot kuluttavat noin 15 prosenttia elimistön hapentarpeesta normaalin fyysisen aktiivisuuden aikana. Veri saapuu aivoihin neljää valtimoa myöten, ja ne yhdistyvät aivojen pohjalla verisuonikehäksi. Näin aivoille tulee verta vaikka kolme neljästä suonesta olisi tukkeutunut. Koska aivojen hermosolut ovat herkkiä kemikaaleille, aivoissa hiusverisuonet ovat tiiviimpiä muodostaen veri-aivoesteen. Tämä estää esimerkiksi bakteerien pääsyn aivoihin, mutta myös eräiden lääkkeiden siirtymisen verenkierrosta keskushermoston puolelle.
- Aivorunkoon kuuluvat ydinjatke, aivosilta ja keskiaivot.
- Pikkuaivot toimivat tunteiden ja näön säätelykeskuksena.
- Väliaivoissa sijaitsee hormoneja tuottava aivolisäke.
- Isoaivot jakautuvat kahteen lohkoon, joista toinen säätelee sympaattista ja toinen parasympaattista hermostoa.
- Aivokuoren voimakas poimutus estää tehokkaan hermoimpulssien kulun aivoissa.
- liikesarjat
- kuullunymmärtäminen
- nälkä
- verenpaineen säätely
- jano
- autonomisen hermoston ohjaus
- liikkeiden hienosäätö
- luustolihasten liikkeet
- hengitys
- näkö
- muisti
Selkäydin
Selkäydin on nikamista koostuvan selkärangan selkäydinkanavassa oleva keskushermoston osa. Se alkaa aivojen ydinjatkeesta ja päättyy ensimmäisen lannenikaman kohdalla.
Selkäytimen tehtävä on välittää aivojen ja kohde-elinten välistä informaatiota molempiin suuntiin hermoimpulsseina.
Selkäydintä ympäröivät suojaavat selkäydinkalvot, ja sen sisään jää keskuskanava, jossa on rasvakudosta, verisuonia ja aivo-selkäydinnestettä.
Selkärangan nikamaväleistä selkäytimestä tulevat ulos ääreishermoston liike- ja tuntohermot, jotka haarautuvat elimistön eri osiin.
Ääreishermosto välittää viestejä keskushermoston ja muun elimistön välillä
Ääreishermostoon kuuluvat aivoista ja selkäytimestä haarautuvat hermot. Aivohermoja on 12 paria ja selkäytimestä haarautuvia hermoja 31 paria. Ihmisen paksuin hermo on lonkkahermo, joka jakautuu pienempiin hermoihin hermottaen näin koko jalan.
Ääreishermosto voidaan jakaa toiminnallisesti autonomiseen eli tahdosta riippumattomaan sekä somaattiseen eli tahdonalaiseen hermostoon. Somaattinen hermosto käsittelee aistimuksia ja säätelee luustolihasten toimintaa. Se sisältää tunto- ja liikehermoston.
Sensoriset eli tuovat hermosyyt ovat tuntohermoja (latina. affero = saapua) ja motoriset eli vievät hermosyyt puolestaan liikehermoja (latin. effero = poistua).
Ääreishermosto
Somaattinen hermosto | Autonominen hermosto |
Somaattinen hermosto eli tahdonalainen hermosto on ääreishermoston osa. | a) Rauhasten, sydämen ja sileiden lihasten käskytys |
Motorinen hermosto: Liikehermot välittävät viestejä keskushermostosta luustolihaksiin | Sympaattinen hermosto: Aktiivinen rasituksen aikana. |
Sensorinen hermosto: Tuntohermot tuovat tietoa aistinsoluista keskushermostoon | Parasympaattinen hermosto toimii levossa. |
Autonominen eli tahdosta riippumaton hermosto
Autonominen eli tahdosta riippumaton hermosto kuuluu ääreishermostoon. Se hermottaa sileitä lihaksia, sydänlihasta ja rauhasten toimintaa. Autonominen hermosto on suurelta osin väliaivojen pohjassa olevan hypotalamuksen säätelemää.
Autonominen hermosto jakautuu sympaattiseen ja parasympaattiseen hermostoon. Lisäksi siihen kuuluu enteerinen hermosto, joka ohjaa itsenäisesti suoliston ja muun ruuansulatuskanavan toimintaa. Sympaattinen ja parasympaattinen hermosto ovat yleensä toistensa vastavaikuttajia. Esimerkiksi sympaattinen hermosto kiihdyttää sydämen sykettä ja parasympaattinen vähentää sitä. Sympaattinen hermosto toimiikin ihmisen ollessa aktiivisimmillaan ja lisää elimistön suorituskykyä ("fight or flight"). Parasympaattinen hermosto toimii erityisesti levossa. Siksi parasympaattinen hermosto kiihdyttää ainoastaan ruuansulatusta ("eat and rest").
Sympaattinen ja parasympaattinen hermosto
Elin |
Sympaattinen |
Parasympaattinen |
Lisämunuaisen ydin |
Adrenaliinin ja noradrenaliinin eritys lisääntyy |
|
Sydän | Syke kasvaa | Syke hidastuu |
Verenpaine | Nousee | Laskee |
Keuhkoputket | Läpimitta kasvaa | Läpimitta pienenee |
Silmän pupillit | Laajenevat | Supistuvat |
Ruuansulatus |
Hidastuu |
Tehostuu |
Maksa |
Erittää glukoosia verenkiertoon |
Erittää sappea |
Refleksit eli heijasteet mahdollistavat nopean toiminnan
Refleksi on nopea ja tahdosta riippumaton liike tai reaktio, joka toistuu aina samanlaisena tietynlaiseen ärsykkeeseen. Refleksin avulla elimistömme pystyy toimimaan ennen kuin aivomme saavat viestin tilanteesta. Monilla reflekseillä, kuten oksennusrefleksillä, on elimistöä suojaava tarkoitus. Heijasteet auttavat myös ylläpitämään asentoa tai suojaamaan silmät.
Liikehermot mahdollistavat heijasteet eli refleksit. Yksinkertaisimmat heijasteet muodostuvat heijastekaaressa, jossa on vain aistinsolu ja liikehermosolu.
Kun aistinsolu välittää tiheään hermoimpulsseja esimerkiksi kivun tai kuumuuden takia, hermoimpulssi siirtyy selkäytimessä suoraan liikehermosolun kautta lihakselle ja aiheuttaa siten liikkeen poispäin aistimuksen kohteesta. Samaan aikaan liikehermosoluun siirtyvän impulssin kanssa lähtee myös tieto selkäydintä pitkin aistimuksesta aivoille. Siksi kipu tiedostetaan usein vasta, kun esimerkiksi käsi on jo vedetty pois kuumasta.
Monimutkaisemmissa heijastekaarissa on useita impulssia välittäviä välisoluja.
Heijasteita on niin autonomisessa kuin somaattisessa hermostossa. Somaattisen hermoston heijasteet liikuttavat luustolihaksia, kun taas autonomisen hermoston refleksit vaikuttavat elimiin.
Heijasteita on mm. ojennusheijaste (esim. polven ojennus), asentoheijasteet (asennon ja tasapainon ylläpito ja muuttaminen), koukistus- eli väistöheijasteet (joka alkaa kipureseptorin ärsytyksestä, minkä seurauksena esimerkiksi käsi vedetään nopeasti pois kuumalta liedeltä) ja imeväisiän heijasteet.
Vastasyntyneellä on monia automaattisia selviytymistä edistäviä refleksejä (varhaisheijasteet, ns. ehdottomat refleksit), kuten tarttuminen, hamuaminen ja imeminen.
- Refleksit ovat opittuja tapoja toimia tietyssä tilanteessa.
- Tyypillisiä refleksejä ovat virtsaamisrefleksi ja väistöheijaste.
- Refleksissä tuntohermosyy välittää kipua viestittävän hermoimpulssin ensin aivoihin ja sieltä selkäytimen kautta liikehermosolulle käskyksi vetää käsi pois kivunlähteestä.
- Reflekseissä selkäydin välittää aivojen tuottamia käskyjä luustolihaksille.
- Reflekseissä selkäydin välittää aistinsolusta käskyjä luustolihaksille.
Hermokudos
Hermokudoksessa on hermosoluja ja niiden tukisoluja. Hermosoluja on hyvin erimuotoisia ja -kokoisia. Pisimmät yltävät selkäytimestä varpaan kärkeen.
Hermosolu eli neuroni on erikoistunut hermoimpulssien kuljettamiseen. Hermosolun solukeskus on nimeltään sooma. Se sisältää paitsi tuman myös muut hermosolun toiminnan kannalta välttämättömät soluelimet kuten mitokondriot. Soomasta haarautuu useita tuojahaarakkeita (dendriittejä), mutta yleensä vain yksi viejähaarake (aksoni). Soomat sijaitsevat keskushermostossa tai hermosolmukkeissa (eli ganglioissa).
Ääreishermosto koostuu siis käytännössä vain hermosolujen viejähaarakkeista. Keskushermostossa on soomaosien lisäksi paljon kokonaisia hermosoluja. Aivoissa ja selkäytimessä hermosolujen viejähaarakkeista muodostuu valkea aines, jonka väri johtuu viejähaarakkeita peittävistä vaaleista myeliinitupista. Harmaassa aineessa puolestaan on suurimmaksi osaksi hermosolujen soomia.
Hermosolujen viejähaarakkeet muodostavat yhdessä tukisolujen ja sidekudoksen kanssa hermoja. Näitä viejähaarakkeita voidaan kutsua myös hermosyiksi.
Useamman hermosolun viejähaarakkeet muodostavat yhdessä hermosyykimppuja. Hermosyykimpussa voi olla myeliinitupellisia ja -tupettomia viejähaarakkeita. Hermosyykimppua tukee sidekudos, jota on erityisesti ääreishermostossa antamassa hermolle myös joustavuutta ja vetolujuutta.
Myeliinituppi suojaa, eristää ja nopeuttaa hermoimpulssin kulkua. MS-taudissa hermosolujen myeliinitupit vaurioituvat, jolloin hermosolujen toiminta häiriintyy. Sairastuneella on esimerkiksi näkö- ja tuntohäiriöitä ja lihasheikkoutta.
- Ääreishermostossa olevia viejähaarakkeita kutsutaan myös hermosyiksi.
- Useat tuojahaarakkeet ja niiden tukisolut muodostavat hermoja.
- Keskushermostossa on kaikkien ääreishermoston hermosolujen soomat eli solukeskukset.
- Hermosolun tumaa kutsutaan soomaksi eli solukeskukseksi.
1. Karkea solulimakalvosto, 2.-3. Ribosomeja, 4. Golgin laite, 5. Tuma, 6. Tumajyvänen, 7. Solukalvo, 8. Mikrotubulus, 9. Mitokondrio, 10. Sileä solulimakalvosto, 11. Aksonikeko (sooman ja aksonin liitoskohta), 12. Schwannin solun tuma, 13. Synapsi (viejähaarake-sooma), 14. Synapseja (aksoni-tuojahaarake), 15. Tuojahaarake, 16. Viejähaarake, 17. Hermovälittäjäaine, 18. Reseptori, 19. Synapsi, 20. Mikrofilamentti, 21. Schwannin solun myeliinituppi, 22. Ranvierin kurouma, 23. Viejähaarakkeen pääte, 24. Synaptisia vesikkeleitä, 25. Synapsi (viejähaarake-viejähaarake), 26. Synapsirako
Hermosolun toiminta
Hermosolujen tärkein ominaisuus on niiden kyky muuttaa kalvopotentiaali hetkellisesti toimintajännitteeksi eli aktiopotentiaaliksi. Tätä ilmiötä kutsutaan hermoimpulssiksi, ja se voi levitä solukalvoa myöten äärimmäisen nopeasti. Tällöin hermosolu tulee kuljettaneeksi tarpeellista tietoa hermoimpulssin muodossa keskushermostolle, joka voi viestin käsiteltyään lähettää omia viestejään taas eteenpäin.
Hermosolun sähköisen viestin eli impulssin kulku perustuu sähkövarauksen muuttumiseen hermosolun viejähaarakkeen solukalvossa. Hermosolun impulssin syntymiseen ja siirtymiseen vaikuttavat muun muassa ärsykkeen voimakkuus ja viejähaarakkeen rakenne. Aktiopotentiaali syntyy, kun solukalvon jokin osa reagoi ärsykkeeseen (eli solukalvon jännite nousee riittävästi).
Aktiopotentiaalin eri vaiheiden jännitteet
- Kohdassa 1 vallitsee lepojännite. Natriumkanavat ovat kiinni. Kaliumin vuotokanavia on auki ja jänniteherkät kaliumkanavat kiinni, ja solun sisällä olevat suuret negatiiviset anionit eivät pääse solukalvon läpi, jolloin solun sisäpuoli on negatiivisesti varautunut verrattuna solun ulkopuoleen.
- Vaiheessa 2 tapahtuu depolarisaatio. Aktiopotentiaali syntyy, kun solukalvolle saapuu ärsyke, joka nostaa solukalvon jännitettä riittävästi. Ärsytys saa natriumkanavat aukeamaan, jolloin natriumioneita (Na+) virtaa soluun sisään. Solun sisäpuoli muuttuu positiivisesti varautuneeksi verrattuna ulkopuoleen. Tällöin saavutetaan toimintajännite, ja impulssi kulkee eteenpäin.
- Vaiheessa 3 tapahtuu repolarisaatio. Natriumkanavat sulkeutuvat nopeasti ja kaliumkanavat aukeavat, jolloin kalium (K+) virtaa solun ulkopuolelle. Solun sisäpuoli vaihtuu taas negatiivisesti varautuneeksi verrattuna solun ulkopuoleen. Jänniteherkkien kaliumkanavien ollessa auki kaliumia virtaa konsentraatiogradientin suuntaisesti solusta ulos enemmän kuin lepojännitteessä. Tästä syystä solulima on hetken lepojännitettä negatiivisempi, eli syntyy hyperpolarisaatio (punainen käyrä). Näin aktiopotentiaali on siirtynyt eteenpäin viejähaarakkeessa (myeliinitupellisessa viejähaarakkeessa seuraavaan Ranvierin kuroumaan).
- Uusi impulssi ei voi syntyä ennen kuin lepojännite on palautunut (ionit ovat palautuneet oikeille puolille solukalvoa eli solukalvo on repolarisoitunut). Palautumisaikana K+-ioneja pumpataan sisään ja Na+-ioneja sisään aktiivisesti. Tämä Na+/K+-pumppu vaatii ATP-energiaa ja ylläpitää natriumin ja kaliumin pitoisuuseroja solun ulko- ja sisäpuolen välillä. Vähitellen ollaan saavutettu lepojännite.
Kaikkien hermosolujen solukalvon sisä- ja ulkopuolen välillä on sähköjännite. Hermosolussa tätä kutsutaan lepopotentiaaliksi (lepojännite, -70 mV). Sen saavat aikaan solukalvon ionipumput, joista natrium-kaliumpumppu on tärkein lepopotentiaalin suhteen. Ionipumppu on kalvoproteiini, joka siirtää aina samaan aikaan kolme natriumionia ulos solusta ja kaksi kaliumionia sisään. Tämä saa aikaan kaliumin ylimäärän solukalvon sisäpuolella, joka taas mahdollistaa kaliumionien diffuntoitumisen solukalvon läpi passiivisten kaliumkanavien kautta ulos solusta. Näin lopputuloksena on se, että välittömästi solukalvon ulkopuolella on enemmän positiivisesti varautuneita ioneja kuin solukalvon sisäpuolella. Lepopotentiaalissa solukalvon ulkopinta on siis positiivisesti varautunut ja sisäpinta negatiivisesti varautunut. Tämän lepopotentiaalin ylläpitäminen vaatii runsaasti energiaa, jota saadaan ATP:stä. Solukalvo läpäisee kaliumioneja huomattavasti natriumioneja paremmin.
Aktiopotentiaali tapahtuu viejähaarakkeissa. Ääreishermoston viejähaarakkeita suojaavat Schwanin solut, jotka ovat kiertyneet useita kertoja viejähaarakkeen ympärille. Tätä useiden solukalvokerrosten muodostamaa suojaa sanotaan myeliinitupeksi. Viejähaarakkeen myeliinitupen tukisolujen väleissä on pieniä rakoja – Ranvierin kuroumia. Myeliinitupen kuroumat mahdollistavat nopeimmat hermoimpulssit, sillä myeliinituppi estää kohdallaan ionien virtauksen, joten aktiopotentiaali eli impulssi hyppiikin nopeasti Ranvierin kuroumasta toiseen.
Kaikilla hermosyillä ei kuitenkaan ole suojaavaa myeliinituppea eikä siten Ranvierin kuroumiakaan. Erityisesti autonomisen hermoston hermosyiltä tämä puuttuu. Tupellisessa hermosyyssä hermoimpulssi etenee 100 metriä sekunnissa, kun taas esimerkiksi hajuhermosyissä joissa myeliinituppea ei ole, nopeus on vain 0,1–0,2 metriä sekunnissa.
Aktiopotentiaali (impulssi) tapahtuu aina kokonaan ja samanlaisena tai ei ollenkaan. Jotta impulssi lähtee liikkeelle, tarvitaan riittävän voimakas ärsyke. Aktiopotentiaalien tiheyden (eli impulssin taajuuden) perusteella keskushermosto saa tiedon viestin voimakkuudesta. Esimerkiksi lämpöä aistivilta soluilta harvakseltaan tulevat impulssit kertovat miedommasta lämpötilasta kuin tiheästi toistuvat.
Sooman eli solukeskuksen kohdalle tulevia aktiopotentiaaleja voidaan summata. Jos soomaan tai tuojahaarakkeeseen saapuu riittävästi hermoimpulsseja, syntyy sen viejähaarakkeessa uusi hermoimpulssi ja vie siis tietoa eteenpäin. Myös jotkin aistinreseptorit toimivat tällä periaatteella. Jos hermoimpulsseja saapuu soomaan vain harvoin tai muutamia, uutta hermoimpulssia ei enää synny soomasta eteenpäin. Näin hermossa kulkeva viesti keskeytyy.
Vaihe 1
Solun ulkopuolella on paljon -ioneja. Solun sisäpuolella on paljon -ioneja. Vaiheessa 1 on .
Vaihe 2
Ärsykkeen seurauksena solun sisään virtaa -ioneja. Solukalvon sisäpinnan jännite muuttuu positiviiseksi. Tällöin alkaa .
Vaihe 3
-kanavat avautuvat ja näitä ioneja siirtyy solusta ulos. Tästä seuraa se, että viereinen solukalvon kohta päästää -ioneja ulos, jonka seurauksena impulssi etenee.
Vaihe 4
Solukalvo alkaa pumpata -ioneja soluun ja natrium-ioneja solusta pois. Tämä pumppaaminen kuluttaa paljon ATP-energiaa.
Synapsit välittävät hermoimpulssit seuraavaan soluun
Kaksi hermosolua liittyy toisiinsa synapsin avulla. Yhdessä hermosolussa näitä synapseja voi olla noin tuhat. Hermosolun viejähaarake haarautuu kymmeniin tuhansiin haaroihin, joiden päissä on synapsipääte.
Nämä synapsipäätteet sisältävät välittäjäaineita synapsirakkuloissa sekä runsaasti mitokondrioita. Yleensä synapsipääte on lähellä seuraavan hermosolun tuojahaaraketta tai soomaa. Niiden väliin jää kuitenkin kapea synapsirako.
Kun aktiopotentiaali saapuu viejähaarakkeen synapsipäätteeseen (eli päätenappulaan eli päätelevyyn), sen sisältämät välittäjäaineet vapautuvat synapsirakoon. Seuraavan hermosolun solukalvon reseptorit vastaanottavat nämä välittäjäaineet. Näin viesti kulkee kemiallisesti hermosolusta toiseen.
Tämä voi aiheuttaa seuraavassa hermosolussa joko uuden impulssin tai estää sellaisen synnyn. Synapsin takia hermoimpulssi voi edetä hermoradassa vain yhteen suuntaan, koska toisesta suunnasta saapunut hermoimpulssi ei voi vapauttaa synapsirakoon välittäjäaineita. Asetyylikoliini, serotoniini ja gamma-aminovoihappo sekä noradrenaliini ovat tärkeimpiä välittäjäaineita.
Toimiakseen synapsipääte tarvitsee runsaasti happea, energiaa ja rakennusaineita välittäjäaineiden synteesiin. Särkylääkkeet perustuvat synapsin toiminnan häiritsemiseen eli esimerkiksi estävät välittäjäaineen sitoutumisen reseptoreihin eli vastaanottajamolekyyleihin. Puudutusaineet puolestaan estävät viejähaarakkeiden toiminnan. Kehon erilaisissa hermotuksissa eri puolella kehoa käytetään erilaisia välittäjäaineita. Monet psyykelääkkeet ja jotkin huumeetkin ovat näiden välittäjäaineiden kaltaisia ja saavat siis aikaiseksi tai estävät hermoimpulsseja ilman oikeaa ärsykettä.
Hermosolu voi olla yhteydessä myös lihassoluun, jolloin liitosta kutsutaan hermo-lihasliitokseksi. Myös hermosolun ja rauhassolun välillä on hyvin samankaltainen liitos.
- Hermosolun tumaa kutsutaan soomaksi eli solukeskuksesksi.
- Viejähaaraketta voi peittää myeliinituppi.
- Hermoimpulssit kulkevat hermosolun solukalvoa myöten.
- Hermosolut ovat ohuita ja lyhyitä, jotta ne eivät vaurioituisi helposti.
- Synapsi yhdistää kaksi viejähaaraketta.
Lisätietoa: Huumeet ja lääkkeet hermoston toiminnassa
Jotkin lääkeaineet ja huumaustarkoituksissa käytetyt aineet eli päihteet ja huumeet vaikuttavat ihmisen hermoston toimintaan.
Kahvin, teen ja virvoitusjuomien sisältämä kofeiini estää eräiden keskushermoston synapsien reseptoreiden toimintaa ja siten vähentää väsymystä. Alkoholijuomien sisältämän etanolin vaikutusta hermostolliseen toimintaan ei vielä oikein tunneta, sillä se vaikuttaa moniin eri järjestelmiin. Alkoholi esimerkiksi tehostaa gammavoihapon vaikutusta ja siten hidastaa keskushermoston toimintaa.
Esimerkiksi amfetamiini, metamfetamiini, heroiini ja kokaiini lisäävät elimistön välittäjäaineiden, varsinkin dopamiinin, määrää lisäämällä sen eritystä tai estämällä sen takaisinottoa soluihin synapsiraosta. Dopamiini vaikuttaa elimistön sisäisen kellon säätelyyn ja osallistuu tunteiden säätelyyn. Se liitetään erityisesti voimakkaisiin mielihyvän tunteisiin. Normaalisti dopamiinia erittää hypotalamus. Jos dopamiinia on jatkuvasti ylimäärin, hypotalamuksen kyky tuottaa sitä omatoimisesti heikkenee. Ihminen myös tottuu suureen dopamiinimäärään ja pienemmät pitoisuudet eivät enää saa aikaiseksi samoja vasteita kuin ennen. Näin henkilön lopettaessa esimerkiksi amfetamiinin käytön ilmenee vieroitusoireita, kuten vapinaa, aggressiivisuutta ja masennusta. Pitkäaikaisen käytön seurauksena hermosto voi vioittua lopullisesti.
Opiaatit, kuten morfiini, sitoutuvat samoihin reseptoreihin kuin elimistön itse tuottamat endorfiinit. Endorfiinia erittyy normaalisti rasituksessa, kuten rankassa urheilusuorituksessa. Sen tarkoituksena on esimerkiksi häivyttää kivun tuntemusta, jotta loukkaantuessa on vielä toimintakykyinen ja voi suojautua. Endorfiinin reseptorit sijaitsevat aivoissa ja selkäytimessä. Opiaattien tukkiessa reseptorit siihen liittyvät aistimukset eivät mene perille. Ne siis lamaavat keskushermostoa. Opiaattien erilaisia johdannaisia voidaan käyttää voimakkaina kipulääkkeinä esimerkiksi syöpähoitojen yhteydessä tai mietoja opioideja yskänlääkkeinä niiden yskimisrefleksiä hillitsevien ominaisuuksien takia. Opiaatit aiheuttavat voimakasta riippuvuutta ja vieroitusoireita. Huumausaineina niitä voidaan käyttää rauhoittumiseen tai lievittämään muiden huumausaineiden vieroitusoireita.
Botuliini on bakteerien tuottama hermomyrkky. Sen voi saada pilaantuneesta ruuasta, tai sitä voidaan käyttää hyvin pieninä määrinä esimerkiksi kauneuskirurgiassa myyntinimikkeellä Botox. Botuliini estää hermosolujen hermopäätteissä välittäjäaineena toimivan asetyylikoliinin erityksen. Tämä lamaa luustolihakset. Samantyyppinen lääkeaine ja myrkky on myös kurare ja sen johdannaiset.
Hermoratojen muodostuminen
Ihmisen kasvaessa ja oppiessa hermosolut muodostavat monimutkaisia hermoratoja eli hermosolujen ketjuja tai pikemminkin verkkoja. On tärkeää muistaa, että yhden hermosolun tuojahaarakkeet voivat olla yhteydessä tuhansiin toisten hermosolujen viejähaarakkeisiin.
Hermoratojen synty alkaa jo vauvana, jolloin käyttämättömät synapsit karsiutuvat pois ja jäljelle jääneiden synapsien toiminta tehostuu. Sanotaankin, että teini-ikäisen aivoissa hermosoluilla on vielä niin paljon yhteyksiä, että tiedot jäävät hajanaisiksi ja niiden yhdisteleminen on vaikeaa.
Aikuisella näiden hermosolujen välisten yhteyksien määrä on vähentynyt ja ajatukset siten hallittavissa paremmin, mutta samalla uuden oppiminen on hidastunut. Kun impulssit kulkevat toistuvasti samaa hermorataa myöten, niiden eteneminen nopeutuu ja helpottuu reseptorien herkistyessä välittäjäaineille.
Vaikka hermosolujen uusiutumiskyky onkin heikko, voi aivohalvauksesta toipua osittain muodostamalla uusia hermoratoja ennen muissa toiminnoissa käytetyistä hermosoluista. Näiden hermoratojen oletetaan olevan myös yhteydessä muistiin. Esimerkiksi monimutkaiset samankaltaisina toistuvat liikkeet tallennetaan hermoratoina pikkuaivoihin.
Muisti
Muistia tarvitaan tiedonkäsittelyssä, asioiden mieleen palauttamisessa ja päätöksenteossa. Ilman sitä emme selviäisi arkisista tehtävistä. Muistaminen onkin yksi aivojen (ohimolohkon hippokampus) tärkeistä tehtävistä. Usein muistilla tarkoitetaan tiedon varastoimista pitkäkestoiseen muistiin.
Muisti voidaan jakaa aistielimen ja keston mukaan moneen toiminnalliseen osaan.
Aistimuisti (sensorinen muisti) jaetaan ikonimuistiin (näköaistimus), kaikumuistiin (kuuloaistimus) ja kosketusmuistiin sen mukaan, mille aivokuoren alueelle aistitieto tallennetaan. Aistimuistin avulla voidaan kuultuja ja nähtyjä asioita pitää mielessä.
Työmuisti (lyhytkestoinen muisti) pitää asioita mielessä vain hetkellisesti muutamia sekunteja kuten aistimuistikin. Työmuistin avulla voidaan pitää mielessä esimerkiksi salasana tai koodi sen aikaa kun näppäilemme sen.
Säilömuisti on puolestaan pitkäkestoisen muistin osa, jonne tallennetaan elinikäisesti tietoja, muistoja ja tapahtumia. Ilman säilömuistia meillä ei olisi omaa identiteettiä eikä elämänhistoriaa. Säilömuistiin kuuluu myös taitomuisti, jonka avulla muistetaan opitut asiat, kuten pyörällä ajaminen.
Oppimisella tarkoitetaan prosessia, jossa halutut asiat siirretään pitkäkestoiseen muistiin. Uni, muisti ja oppiminen liittyvät toisiinsa. Unella tiedetään olevan oppimista parantava vaikutus, sillä unen aikana ns. muistijäljet lujittuvat.
Muistijälkiä syntyy, kun tieto painetaan mieleen uusia asioita opittaessa. Näin hermoverkkoon syntyy pysyviä uusia reittejä ja yhteyksiä hermosolujen välisen viestinnän muuttuessa pysyvästi.
Muistisairaudet ovat merkittävä kansantaloudellinen haaste. Muistisairaus voi liittyä useaan eri sairauteen, yleisimmin Alzheimerin tautiin tai aivoverenkiertosairaiuteen. Muistisairaudesta voidaan puhua silloin, kun henkilön muisti on huonontunut niin paljon, että se haittaa selkeästi normaalista arjesta selviytymistä.
Termit
Luvun termit
Aistinreseptori on aistinelimen solu, joka vastaanottaa fysikaalisia tai kemiallisia ärsykkeitä ja muuttaa nämä hermoimpulsseiksi, esim. kuuloaistin reseptorit reagoivat paineen vaihteluihin.
Aivokurkiainen on aivojen hermoratojen muodostama osa, joka yhdistää vasemman ja oikean aivopuoliskon toisiinsa. Aivokurkiainen mahdollistaa sen, että molemmat aivopuoliskot voivat vastaanottaa tietoa kummaltakin puolelta kehoa.
Aivorunko on aivojen (keskushermoston) osa, johon kuuluvat ydinjatke, aivosilta, keskiaivot (ja joskus myös luetaan väliaivot aivorunkoon). Aivorunko yhdistää aivot selkäytimeen ja aivosilta yhdistää pikkuaivot isoaivoihin. Koko aivorungon läpi ulottuu hermosoluista muodostuva aivoverkosto, joka huolehtii ihmisen heräämisestä unesta.
Aivosilta on aivorungossa keskiaivojen ja ydinjatkeen välissä sijaitseva aivojen osa.
Aktiopotentiaali eli toimintajännite on hermosolun solukalvoa pitkin kulkeva sähköisen latauksen aalto. Toimintajännitteet kuljettavat nopeita kudosten välisiä (esim. ihosta aivoihin, selkäytimestä lihassoluun) viestejä. Hermosolujen lisäksi myös lihassolujen pinnalla etenee toimintajännitteitä.
Autonominen hermosto eli tahdosta riippumaton hermosto kuuluu ääreishermostoon. Se vaikuttaa sileän lihaksiston ja sydänlihaksen solujen supistumiseen sekä rauhasten eritykseen. Autonominen hermosto osallistuu moniin elimistön säätelytoimintoihin, kuten verenpaineen säätelyyn. Autonominen hermosto jaetaan sympaattiseen ja parasympaattiseen hermostoon.
Hermo on hermosolujen (neuronien) viejähaarakkeista (eli aksoneista) ja tuojahaarakkeista (eli dendriiteistä) sekä sidekudoksesta muodostuva rakenne, joka mahdollistaa hermoimpulssien siirtymisen elimistössä. Varsinainen hermo muodostuu aksonien eli hermosyiden muodostamista hermosyykimpuista.
Hermosolmuke eli ganglio on hermosolujen soomaosien ja dendriittien muodostama rakenne ääreishermostossa.
Hermosolu eli neuroni on hermokudoksen solu, joka erityisesti käsittelee ja välittää tietoa sähköisen hermoimpulssin avulla.
Hermorata on hermosolujen muodostama ketju tai oikeammin verkko.
Hypotalamus on väliaivojen osa. Hypotalamus muodostaa aivolisäkkeen kanssa hormonaalisen säätelyjärjestelmän, jossa hypotalamus säätelee aivolisäkkeen toimintaa. Hypotalamus kontrolloi mm. kehon lämpötilaa, nälkää, kiintymistä, janoa, väsymystä, unta ja sisäistä kelloa.
Isoaivot on aivojen suurin ja kaikkein etummaisina oleva osa. Ne myös peittävät aivojen muut osat alleen. Isoaivot on jakautunut kahteen uurteen rajaamaan osaan, vasempaan ja oikeaan puoliskoon. Isoaivojen pinnalla on n. 3 mm paksu, voimakkaasti poimuttunut aivokuori, jossa tapahtuvat aistihavainnot, älyllinen toiminta, puheen säätely sekä liikkeiden tahdonalainen säätely.
Keskiaivot on aivorungon yläosassa. Näkö- ja kuuloinformaatioon erikoistuneet pienet tumakkeet sijaitsevat keskiaivoissa.
Keskushermostoon kuuluvat aivot ja selkäydin. Se on keskussäätelyjärjestelmä, joka ohjaa kaikkea kehon toimintaa. Se käsittelee tietoja ja pitää meidät yhteydessä ulkomaailmaan.
Lepojännite eli lepopotentiaali on kaikkien solujen kalvoilla vallitseva jännite-ero. Lepopotentiaalissa solukalvon sisäpuolella vallitsee negatiivinen varaus ja ulkopuolella positiivinen. Tärkeässä osassa lepopotentiaalin ylläpidossa on aktiivinen Na-K-ATPaasi, joka pumppaa samalla kertaa kolme natriumionia solusta ulos ja kaksi kaliumionia solun sisään käyttäen ATP-energiaa.
Liikehermo on lihaksia hermo-lihasliitoksin hermottavien liikehermosolujen aksonien muodostama hermosolukimppu, joka välittää hermoimpulsseja keskushermostosta hermottamiinsa lihaksiin. Liikehermo on toinen kahdesta hermotyypistä, toinen on tuntohermo.
Limbinen järjestelmä on aivoalueiden joukko, joka osallistuu mm. autonomisten toimintojen, motivaation ja tunteiden säätelyyn sekä yhdistää erilaisia tunnetiloja muistiin tallentuneisiin fyysisiin tuntemuksiin. Limbinen järjestelmä sijaitsee isoaivojen reunaosissa ympäröiden aivorunkoa. Limbiseen järjestelmään luetaan kuuluvaksi mm. mantelitumake ja hippokampus.
Motorinen yksikkö on liikehermosolun ja sen hermottamien poikkijuovaisten lihassolujen muodostama kokonaisuus. Kun liikehermosolusta tulee supistumiskäsky, kaikki motoriseen yksikköön kuuluvat lihassolut supistuvat.
Myeliinituppi muodostuu ääreishermoston hermosolujen viejähaarakkeita suojaavista Schwanin soluista, jotka ovat kiertyneet useita kertoja viejähaarakkeen ympärille.
Parasympaattinen hermosto on autonomisen eli tahdosta riippumattoman hermoston toinen pääosa. Parasympaattinen hermosto säätelee rauhasten, verenkiertoelinten, ruoansulatuselimistön ja kuonanpoistoelinten toimintoja esimerkiksi lisäämällä tai vähentämällä kyseisten elinten verenkiertoa. Parasympaattinen hermosto toimii aktiivisimmin levossa, esimerkiksi unessa. Parasympaattisen ärsykkeen vaikutuksesta esim. sydämen syke hidastuu.
Pikkuaivot on aivojen osa, joka sijaitsee isoaivopuoliskojen alapuolella takaraivossa kallon takaosassa. Pikkuaivot koordinoivat lihasliikkeitä.
Refleksi eli heijaste on nopea, tahdosta riippumaton ja kerrasta toiseen lähes samanlaisena toistuva reaktio ärsykkeeseen.
Reseptori on solun erikoistunut proteiinimolekyyli, joka aktivoituessaan käynnistää siihen kytkeytyvät solun fysiologiset signaalin välitysmekanismit. Reseptoreita aktivoivat elimistön omat viestimolekyylit kuten hormonit ja hermoston välittäjäaineet. Vrt. aistinreseptori.
Selkäydin on keskushermostoon kuuluva osa, joka sijaitsee selkäydinkanavassa. Sen tehtävänä on ohjata aivoista saapuvia hermoimpulsseja kohti kohde-elimiä ja päinvastoin.
Solukeskus eli sooma on hermosolun runko-osa, jossa sijaitsee tuma (ja suuri osa muista hermosolun soluelimistä). Soomaan tulevat neuronin tuojahaarakkeet eli dendriitit ja lähtee viejähaarake eli aksoni. Hermosolujen soomia on ainoastaan keskushermoston harmaassa aineessa ja keskushermoston ulkopuolisissa hermosolmukkeissa.
Somaattinen hermosto eli tahdonalainen hermosto on ääreishermoston osa. Se koostuu a) motoneuroneista, jotka hermottavat luurankolihaksia (motorinen hermosto) ja b) sensorisista neuroneista, jotka tuovat tietoa keskushermostoon aistinreseptoreilta (sensorinen hermosto).
Sympaattinen hermosto on ääreishermoston tahdosta riippumattoman hermojärjestelmän toinen osa. Sympaattinen hermosto säätelee verenkiertoelinten, rauhasten, ruoansulatuskanavan ja virtsaelinten toimintoja. Sympaattisen hermoston toiminta vilkastuu stressitilanteissa ja fyysisessä rasituksessa.
Synapsi eli hermoliitos on kahden hermosolun "liitospinta", jonka kautta hermoimpulssi siirtyy hermosolusta toiseen tai hermosolusta lihassoluun (hermo-lihasliitos).
Talamus on väliaivoissa oleva aistiratojen väliasemana toimiva suuri tumake. Lähes kaikki aistimuksia välittävät hermoradat kulkevat isoaivokuorelle talamuksen kautta.
Toimintajännite - Ks. aktiopotentiaali
Tumake (hermotumake) on aivoissa tai selkäytimessä oleva hermosolujen muodostama solukertymä. Siinä on soomia eli hermosolukeskuksia ja tuojahaarakkeita. Esim. limbiseen järjestelmään kuuluvan, aivojen ohimolohkon mantelitumakkeesta on suora ratayhteys useisiin käyttäytymistämme sääteleviin keskuksiin ja mantelitumake toimii "aivojen tunnetietokoneena".
Tuojahaarake eli dendriitti on hermosolun haara, joka ottaa vastaan viestejä mm. aistinsoluista tai muista hermosoluista ja välittää niitä eteenpäin sähköisinä impulsseina kohti solukeskusta. Tuojahaarakkeet ovat yleensä voimakkaasti haaroittuneita ja lyhyitä. Solukeskukseen liittyy tavallisesti useita tuojahaarakkeita.
Veri-aivoeste eli aivo-verieste on fyysinen este, joka estää monien aineiden pääsyn verenkierrosta aivosoluihin. Veri-aivoesteen tarkoituksena on mm. estää haitallisten aineiden pääsy keskushermostoon.
Viejähaarake eli aksoni eli hermosyy on hermosolun osa (1 viejähaarake/hermosolu). Viejähaarake haarautuu loppupäästään ja muodostaa useita hermopäätteitä, jotka puolestaan voivat muodostaa synapsin toisen hermosolun tai lihassolun kanssa. Osassa viejähaarakkeita on myeliinituppi.
Väliaivot liittävät isoaivot aivorunkoon. Väliaivojen talamuksen avulla kytketään aistinelimistä tulleita impulsseja oikeille aivokuoren aistinalueille. Väliaivojen pohjan hypotalamus ohjaa muun muassa aivolisäkkeen toimintaa, unta, nälkää, janoa, lämmönsäätelyä ja hormonaalista säätelyä. Väliaivojen yläosaan liittyy käpylisäke eli käpyrauhanen.
Välittäjäaineet ovat yhdisteitä, jotka välittävät, voimistavat tai estävät hermosolun ja toisen solun välisiä sähköisiä signaaleja. Vaikuttavat mm. synapsissa.
Ydinjatke on aivosillan ja selkäytimen välissä sijaitseva aivojen alin osa, joka lasketaan kuuluvaksi aivorunkoon. Ydinjatkeessa on alueita, jotka säätelevät mm. hengitystä ja verenkiertoa.
Ääreishermosto on hermoston osa, johon kuuluvat aivohermot ja selkäydinhermot. Toiminnallisesti ääreishermostossa on autonominen eli tahdosta riippumattoman hermosto (sympaattinen ja parasympaattinen hermosto) ja somaattinen eli tahdonalainen hermosto (aivohermot ja selkäydinhermot).
Testaa itsesi
- Keskushermostoon kuuluvat aivot ja selkäydin.
- Selkäytimestä lähtee hermoja elimiin ja lihaksiin.
- Ajatustoiminta tapahtuu pikkuaivoissa.
- Aivorunko sisältää keskiaivot, aivosillan ja ydinjatkeen.
- Ääreishermosto voidaan jakaa autonomiseen ja somaattiseen hermostoon.
- Keskushermosto voidaan jakaa sympaattiseen ja parasympaattiseen hermostoon.
- Parasympaattinen hermosto toimii erityisesti levonaikana.
- Parasympaattinen hermosto tehostaa ruuansulatusrauhasten toimintaa.
- Parasympaattinen hermosto on osa somaattista hermostoa.
- Sympaattinen hermosto hidastaa sydämen sykettä.
- Sympaattinen hermosto hidastaa ruuansulatusta.
- Autonominen hermosto voidaan jakaa sympaattiseen, parasympaattiseen ja somaattiseen hermostoon.
- Autonomisen hermoston ohjaa esimerkiksi sileiden lihassolujen ja rauhassolujen toimintaa.
- Somaattinen hermosto ohjaa sydänlihaksen toimintaa.
Tiivistelmä
- Hermosto jaetaan keskus- ja ääreishermostoon.
- Keskushermostoon kuuluvat aivot ja selkäydin.
- Aivot ohjaavat elintoimintoja, käsittelevät aistimista tulee informaatiota, säätelevät liikkeitä sekä vastaavat muistista, oppimisesta, tunne-elämästä ja tietoisuudesta.
- Aivoihin kuuluvat informaation käsittelyyn tarvittavat isoaivot, liikkeiden hienosäädöstä huolehtivat pikkuaivot sekä elämän perustoiminnoista vastaava aivorunko.
- Väliaivoissa säädellään talamuksen ja hypotalamuksen avulla esimerkiksi nälän ja janon tunnetta.
- Selkäydin välittää tietoa keskus- ja ääreishermoston välillä, ohjaavat refleksejä. Refleksit ovat nopeita, tahdosta riippumattomia reaktiota.
- Aivot ohjaavat elintoimintoja, käsittelevät aistimista tulee informaatiota, säätelevät liikkeitä sekä vastaavat muistista, oppimisesta, tunne-elämästä ja tietoisuudesta.
- Ääreishermosto voidaan jakaa toiminnallisesti autonomiseen ja somaattiseen hermostoon. Autonominen hermosto (sympaattinen ja parasympaattinen hermosto) säätelee tahdosta riippumattomia toimintoja kuten sydämen sykettä. Somaattinen hermosto puolestaan säätelee luustolihasten toimintaa.
- Hermosolussa on tuojahaarakkeita, sooma eli solukeskus sekä yksi viejähaarake. Hermoimpulssit syntyvät solukalvon jännitemuutoksena ja kulkevat pitkin solukalvon pintaa. Hermosolusta toiseen ne siirtyvät välittäjäaineen avulla synapsissa.
- Hermosolun sähköisen viestin eli impulssin kulku perustuu sähkövarauksen muuttumiseen hermosolun viejähaarakkeen solukalvossa.
- Hermosolut liittyvät toisiinsa synapsin välityksellä. Viesti kulkee synapsissa kemiallisesti, välittäjäaineiden välityksellä.
- Palvelun tarjoaa e-Oppi Oy ja Star Cloud OÜ