Úvod

Pod autonómnym nervovým systémom sa rozumie tá časť nervovej sústavy, ktorá slúži k riadeniu činnosti vnútorných orgánov. Podobne, ako pri riadení somatických funkcií, je pomerne veľká časť autonómnych regulácii riadená na podklade reflexného oblúka.

Autonómny nervový systém inervuje:

• Hladké svalstvo ciev;
• Hladké svalstvo tráviaceho systému;
• Hladké svalstvo močového mechúra a močových ciest;
• Hladké svalstvo dolných dýchacích ciest;
• Srdcový sval;
• Potné, tráviace a slzné žľazy;
• Nadobličky.

Rozdelenie

• Sympatikus: Thorakolumbálna časť autonómneho nervového systému:
  • „Boj alebo ústup (fight-or-flight)“ – aktivita sympatika dominuje. Sympatiková časť sa uplatňuje spravidla pri príprave organizmu na situácie spojené s predpokladaným vysokým výdajom energie a to najmä v tzv. núdzových situáciach pri vážnom ohrození.
• Parasympatikus: Kraniosakrálna časť autonómneho nervového systému:
  • „Pokoj a trávenie (rest-and-digest)“ – aktivita parasympatika dominuje. Parasympatiková časť sa uplatňuje v pokojových podmienkach a najmä pri prelaďovaní organizmu z energeticky náročných záťažových stavov na normálny pokojový stav.

Eferentná dráha sympatiku sa skladá z dvoch neurónov:

• Prvý z nich je uložený v mozgovom kmeni alebo v mieche a označuje sa ako pregangliový neurón.
• Druhý neurón je uložený v gangliu alebo v samotnom orgáne a označuje sa ako postgangliový neurón.

Eferentné dráhy sympatikového nervového systému

• Axóny neurónov z C₈-L₃ (ncl. intermedialis a ncl. intermediolateralis) opúšťajú miechu prednými koreňmi a rami communicantes albi a vstupujú do truncus sympaticus. Tu sa väčšina neurónov prepojuje. Len časť sa prepojuje v prevertebrálnych gangliách.
• Postgangliové vlákna ďalej postupujú k orgánom buď cez rami viscerales (z truncus sympaticus) alebo rami communicantes grisei a ďalej senzitívnym neurónom do periférie (hlavne koža). Vlákna vystupujúce z rami viscerales sa splietajú do pletení a postupujú najčastejšie periarteriálne.

Eferentné dráhy kraniálneho parasympatikového nervového systému ukazuje obrázok 1.

^[1]

Obr. 1. Eferentné dráhy parasympatikového nervového systému.

Eferentné dráhy sakrálneho parasympatikového nervového systému

Začínajú v nncl. intemediolaterales, kde axóny opúšťajú miechu prednými koreňmi a po krátkom priebehu sakrálnymi nervami vytvárajú plexus hypogastricus inferior.

Mediátory autonómneho nervového systému

Acetylcholín

Acetylcholín sa viaže na membránové receptory dvojakého druhu – muskarínové a nikotínové.

Muskarínové receptory - sú na membránach efektorových buniek, teda medzi terminálmi postgangliových parasympatikových a sympatikových cholinergických vlákien a výkonnými orgánmi. Ich aktivácia má pomalší excitačný účinok. Nachádzajú vo všetkých efektorových orgánoch parasympatikového nervového systému: v srdci, v gastrointestinálnom trakte, v bronchioloch, v mechúri, a mužských pohlavných orgánoch. Tieto receptory sa nachádzajú aj v určitých efektorových orgánoch sympatikového nervového systému, najmä v potných žľazách.

Mechanizmus pôsobenia muskarínových receptorov

• Niektoré muskarínové receptory majú rovnaký mechanizmus pôsobenia ako α1 adrenoreceptory. V niektorých prípadoch, väzba agonistu (ACh) na muskarínový receptor zapríčiní disociáciu α-podjednotky G proteínu, s následnou aktiváciou fosfolipázy C a produkciou IP3 a diacylglycerolu. IP3 uvoľňuje uložený Ca²⁺, a zvýšený intracelulárny Ca²⁺ s diacylglycerolom spúšťajú špecifické tkanivové fyziologické deje.
• Iné muskarínové receptory menia fyziologické procesy prostredníctvom priameho pôsobenia G proteínu. V týchto prípadoch, nie je zahrnutý žiaden druhotný poslíček. Napríklad, muskarínové receptory SA uzla v srdci po aktivácii ACh, vyvolávajú aktiváciu G_i proteínu kde sa uvoľňuje αI-podjednotka, ktorá sa priamo viaže na K⁺ kanál v SA uzle. Keď sa αI-podjednotka naviaže na K⁺ kanál, kanál sa otvára, spomaľujúc tak rýchlosť depolarizácie SA uzla a znižuje sa tak frekvencia akcie srdca.

Nikotínové receptory – nachádzajú sa na membránach gangliových neurónov parasympatika a sympatika a ich aktivácia má rýchly depolarizačný, teda excitačný účinok na gangliové neuróny. Nachádzajú na niektorých dôležitých miestach: na motorickej platničke kostrového svalstva, na všetkých postganglionických neurónoch jednak sympatikového ako aj parasympatikového nervového systému a na chromafinných bunkách drene nadobličiek.

Mechanizmus pôsobenia nikotínových receptorov

• Nikotínový receptor pre acetylcholín (ACh) je iónovým kanálom pre Na⁺ a K⁺. Receptor má 5 podjednotiek: dve α, jednu β, jednu δ a jednu γ. Týchto 5 podjednotiek formuje nálevku okolo úst centrálneho jadra. Keď nie je Ach naviazaný, kanál je zatvorený.
• Keď sa Ach naviaže na každú z dvoch α-podjednotiek, nastane konformačná zmena vo všetkých podjednotkách a centrálne jadro kanála sa otvára. Akonáhle sa jadro kanála otvorí, Na⁺ a K⁺ tečú pozdĺž svojich elektrochemických gradientov.

Noradrenalín a adrenalín

Noradrealín je neurotransmiterom sympatikovej časti autonómneho nervového systému. Kombinuje sa s dvoma typmi membránových receptorov – α-receptormi a β-receptormi. Výsledkom kombinácií sú rozdielne odpovede výkonných orgánov (napr. stimulácia α-receptorov cievneho hladkého svalu vyvoláva vazokonstrikciu, stimulácia β-receptorov bronchiálneho hladkého svalu bronchodilatáciu).

Adrenoreceptory (α1 a α2, β1 a β2) sa nachádzajú v cieľovom tkanive sympatikového nervového systému a sú aktivované katecholamínmi – noradrenalínom a adrenalínom (obr. 2). Každý z týchto receptorov má odlišný mechanizmus pôsobenia (mimo β1 a β2 receptorov, ktoré majú rovnaký mechanizmus pôsobenia), s odlišnými fyziologickými efektami.

^[2]

Obr. 2. Noradrenalín a adrenalín.

Mechanizmus pôsobenia α1-receptorov

α1-receptory sa nachádzajú v hladkých svaloch kožných ciev, v splanchnickej oblasti, vo sfinkteroch gastrointestinálneho traktu a mechúra a v radiálnych svaloch dúhovky.

1. α1-receptor sa nachádza v bunkovej membráne, kde je spárený, prostredníctvom Gq-proteínu, s fosfolipázou C. V inaktívnom stave je αq-podjednotka heterotrimetrického Gq proteínu viazaná na GDP.
2. Keď sa agonista (noradrenalín) naviaže na α1-receptor, vyskytnú sa konformačné zmeny v αq-podjednotke Gq-proteínu. Táto konformačná zmena má dva efekty: GDP je uvoľnený z αq-podjednotky a je nahradený GTP a αq-podjednotka (s pripojeným GTP) sa oddeľuje od inaktívneho Gq-proteínu.
3. αq-GTP komplex migruje v rámci bunkovej membrány, viaže sa a aktivuje fosfolipázu C. Vnútorná GTPázová aktivita potom konvertuje GTP späť na GDP, a αq-podjednotka sa vracia do inaktívneho stavu.
4. Aktivovaná fosfolipáza C katalyzuje uvoľnenie diacylglycerolu a IP3 z fosfatidylinositol-4,5-difosfátu. IP3 spôsobuje vyplavenie Ca²⁺ z intracelulárnych zásob (z endoplazmatického alebo z sarkoplazmatického retikula), čo ma za následok nárast intracelulárnej koncentrácie Ca²⁺. Spolu, Ca²⁺ a diacylglycerol, aktivujú proteín kinázu C, ktorá fosforyluje proteíny. Tieto fosforylované proteíny vykonávajú konečné fyziologické deje, ako napríklad kontrakcia hladkého svalu.

Mechanizmus pôsobenia α2-receptorov

α2-receptory sú menej bežné ako α1-receptory. Nachádzajú sa v stenách gastrointestinálneho traktu a v termináloch presynaptických adrenergických nervov.

1. Agonista (noradrenalín) sa viaže na α2-receptor, ktorý je pripojený k adenylátcykláze inhibičným G proteínom – Gi.
2. Keď sa naviaže noradrenalín, Gi proteín uvoľní GDP a naviaže GTP, αi-podjednotka sa oddelí od komplexu G proteínu.
3. Potom αi-podjednotka migruje v membráne a viaže sa a inhibuje adenylátcyklázu. Výsledkom tohoto procesu je pokles úrovne cAMP, produkujúc tak konečné fyziologické deje. Napríklad, aktivácia α2-receptorov v stene gastrointestinálneho traktu spôsobuje relaxáciu.

Mechanizmus pôsobenia β-receptorov

β1-Receptory sa nachádzajú prednostne v srdci (nárast aktivity), v slinných žľazách (nárast sekrécie), v tukovom tkanive a v obličkách (posilnenie sekrécie renínu).

β2-Receptory sa nachádzajú v hladkých svaloch ciev kostrového svalstva, v stenách gastrointestináleho traktu a v mechúri a v bronchioloch. Activácia β2-receptorov v týchto tkanivách vedie ku relaxácii alebo dilatácii.

1. β2-Receptory sa nachádzajú v bunkovej membráne. Sú spojené, prostredníctvom GS-proteínu, s adenylátcyklázou. V inaktívnom stave αS-podjednotka GS-proteínu je naviazaná na GDP.
2. Keď sa agonista (noradrenalín) naviaže na β2-receptor, nastanú konformačné zmeny v αS-podjednotke. Táto zmena má dva efekty: GDP je uvoľnený z αS-podjednotky a je nahradený GTP; aktivovaná αS-podjednotka sa odpája od komplexu G proteínu.
3. Komplex αS-GTP migruje v rámci membrány, viaže sa a aktivuje adenylátcyklázu. GTPázová aktivita konvertuje GTP späť na GDP, a αS-podjednotka sa vracia do inaktívneho stavu .
4. Aktivovaná adenylát ykláza katalyzuje konverziu ATP na cAMP, ktorý pôsobí ako druhý poslíček. cAMP aktivuje proteín kinázy, ktoré iniciujú fyziologické deje.

	Sympatikus	Parasympatikus
Výstup z CNS	Od 1. thorakálneho po 2. lumbálny segment	Stredný mozog, medula a 2. – 4. sakrálny segment
Umiestnenie periférnych ganglií	Primárne v paravertebrálnom truncus sympaticus a 3 pozdĺž strany zostupnej aorty	V alebo blízko cieľových orgánov
Štruktúra oblasti, z ktorej je uvoľňovaný neurotransmiter	Varikozity a axónové terminály	Varikozity a axónové terminály
Neurotransmiter na cieľových synapsiách	Noradrenalín (adrenergické neuróny)	Acetylcholín (cholinergické neuróny)
Inaktivácia neurotransmiteru v synapsiách	Vstup do varikozít, difúzia	Enzymová inaktivácia, difúzia
Neurotransmiterové receptory na cieľových bunkách	a a β adrenergnické	Muskarínové
Synapsie v gangliách	Acetylcholín na nikotínový receptor	Acetylcholín na nikotínový receptor
Synapsie neurón-cieľová bunka	Noradrenalín na a- alebo β-receptor	Acetylcholín na muskarínový receptor

Tabuľka 1. Porovnanie sympatika a parasympatika.

Zosumarizovanie

• Sympatikové ako aj parasympatikové dráhy pozostávajú z dvoch neurónov (pregangliového a postgangliového) v sérii. Jedna výnimka z tohto ptavidla je dreň nadobličiek, v ktorej postgangliové sympatikové neuróny sú modifikované do neuroendokrinného orgánu.
• Všetky pregangliové autonómne neuróny secernujú acetylcholín, ktorý sa viaže na nikotínové receptory. Väčšina sympatikových neurónov secernuje noradrenalín, ktorý sa viaže na adrenergné receptory. Väčšina parasympatikových neurónov secernuje acetylcholín, ktorý sa viaže na muskarínové receptory.
• Sympatikové dráhy vystupujú z torakálnej a lumbálnej oblasti spinálnej miechy. Väčšina sympatikových ganglií sú umiestnené blízko spinálnej miechy (sú paravertebrálne). Parasympatikové dráhy opúšťajú CNS v oblasti mozgového kmeňa a v sakrálnej oblasti spinálnej miechy. Parasympatikové gangliá sú umiestnené blízko alebo v cieľovom tkanive.
• Sympatikové vetvy kontrolujú funkcie, ktoré sú užitočné v strese alebo v ohrození. Parasympatiková vetva je dominantné počas pokoja a pri aktivitách tráviaceho systému.

	Somatická divízia	Autonómna divízia CNS
Počet neurónov v eferentnej dráhe	1	2
Neurotransmiter/receptor na synapsii neurón-cieľová bunka	Acetylcholín/nikotínový receptor	Acetylcholín/muskarínový receptor alebo noradrenalín/a alebo β-adrenergický receptor
Cieľové tkanivo	Kostrové svalstvo	Hladké svalstvo a srdcový sval; niektoré endokrinné a exokrinné žľazy; niektoré adipózne tkanivo
Neurotransmiter sa uvoľňuje z	Axónových terminálov	Varikozít a axónovových terminálov
Efekt na cieľové tkanivo	Len excitačný – sval sa kontrahuje	Excitačný alebo inhibičný
Periférne komponenty zistené mimo CNS	Len axóny	Pregangliové axóny, ganglia, postgangliové neuróny
Sumarizácia funkcie	Postoj a pohyb	Viscerálne funkcieZahrňujú pohyb vo vnútorných orgánoch, sekréciu a kontrolu metabolizmu

Tabuľka 2. Porovnanie somatickej a autonómnej inervácie.

Autonómne reflexy

Autonómne reflexy sa odlišujú od somatickej reflexnej činnosti v nasledujúcich charakteristikách:

• Eferentné dráhy sú dvojneurónové, takže reflexy sú polysynaptické.
• Senzitívna aferentácia somatických reflexov je vedená neurónmi typu Aa (Ia, Ib), alebo Ab na rozdiel od viscerosenzitívnych vlákien, kde aferentácia je vedená vláknami typu C.
• Pregangliové vlákna (B) vedú rýchlejšie impulzy (majú myelinizovanú pošvu) ako
• postgangliové vlákna (C).
• Autonómni reflex je výrazne pomalší ako somatický reflex.

Typy autonómnych reflexov

• Viscero – viscerálne reflexy;
• Viscero – motorické reflexy;
• Viscero – kutánne reflexy;
• Kutánno – viscerálne reflexy.

Autonómne centrá

Ústredia autonómneho nervového systému sa chápu ako integrátory reakcií organizmu na vnútorné a vonkajšie skutočnosti so vzťahom k riadeniu autonómnych funkcií.

Z tohto pohľadu je problematické zaradenie:

• Chrbticovej miechy, hoci z ktorej vychádzajú všetky vlákna sympatikovej dráhy a sakrálna časť parasympatika, nie je jasné, či ide o centrum riadiace a koordinujúce činnosť príslušnej časti autonómneho nervstva, alebo len o reflexné ústredie v rámci periférnych oddielov.
• Kortexu, ktorý sa podieľa na riadení autonómnych funkcií autonómnymi efektorovými oblastiami, ktorých význam je najskorej v integrácii a tvorbe podmienených reflexov súvisiacími s autonómnym nervstvom – vegetatívný doprovod emočných stavov, vedomá kontrola vyprázdňovania.

Do úvahy sa berie mozgový kmeň a hypotalamus.

Retikulárna formácia

Je zodpovedná za riadenie kardiovaskulárneho systému, respiračného systému a je centrom niektorých autonómnych reflexov.

Kardiovaskulárne centrum

Obsahuje nasledovné štruktúry:

• Ncl. dorsalis n. vagi – zdroj vagovej parasympatikovej aferentácie.
• Presorickú oblasť – je lokalizovaná obojstranne v dorzolaterálnej časti retikulárnej formácie:
  • Zvýšená aktivita vedie k zvýšeniu tlaku krvi, kde eferentné dráhy z tohto centrá kontrolujú sympatikové pregangliové neuróny inervujúce srdce, cievy a juxtaglomerulárny aparát.
• Depresorickú oblasť – je lokalizovaná obojstranne vo ventromediálnej časti retikulárnej formácie:
  • Zvýšená aktivita vedie k zníženiu tlaku krvi a recipročne prepojená s presorickou oblasťou.

Respiračné centrum

Je funkčne zaradené do autonómnych centier, nakoľko pôsobí na miechové motoneuróny, riadiace dýchacie pohyby, prostredníctvom generátora automatického respiračného rytmu a generátora inspiračného rytmu.

Autonómne reflexy súvisiace s príjmom a spracovaním potravy

Mnohé autonómne reflexy súvisia s príjmom a spracovaním potravy. Ide o sací reflex, reflex hltania, slinenia, reflexná sekrécia žalúdočnej a pankreatickej šťavy a reflex zvracania.

Hypotalamus a jeho centrá

Centrum hladu a centrum sýtosti (obr. 3):

^[3]

Obr. 3. Centrum hladu a centrum sýtosti.

Predpokladá sa, že informácie z periférie (senzorické vstupy z tráviaceho traktu včítane chuťovej aferentácie) sú vedené do ncl. arcuatus v hypotalame a ďalej (obr. 4):

^[4]

Obr. 4. Spoje ncl. arcuatus v hypotalame.

Všetky tieto štruktúry obsahujú dva typy neurónov:

• Orexigénne neuróny – syntetizujú látky, ktorých vyššie hladiny korelujú so zvýšeným príjmom potravy a aktivujú tak ncl.ventromedialis;
• Anorexigénne neuróny – syntetizujú látky, ktorých vyššie hladiny korelujú so zníženým príjmom potravy.

Centrum smädu (obr. 5):

^[5]

Obr. 5. Schéma centra smädu.

Regulácia teploty (obr. 6):

^[6]

Obr. 6. Schéma regulácie teploty.

Regulácia endokrinných žliaz (obr. 7):

^[7]

Obr. 7. Schéma regulácie endokrinných žliaz.

Vzťah hypotalamu k sexuálnym funkciám:

• Sexuálny vývoj;
• Menštruačný cyklus;
• Ovulácia;
• Erekcia;
• Kopulácia;
• Ejakulácia;
• Gravidita;
• Narodenie;
• Laktácia;
• Sexuálne cítenie;
• Sexuálne chovanie.

Poruchy:

• Poškodenie predného hypotalamu – narušený záujem o sex.
• Poškodenie zadného hypotalamu – zvýšená sexuálna aktivita.

Kontrola emócií

Hypotalamické jadrá spoločne s prednými jadrami talamu a gyrus cinguli tvoria Papezov okruh, ktorý je významnou súčasťou limbického systému. Predstavujú tak veľmi úzke štrukturálne vzťahy, teda predstavujú podklad pre vznik vegetatívnych prejavov emócií (obr. 8).

^[8]

Obr. 8. Schéma kontroly emócií.

Vzťah hypotalamu k spánku

Spánkové centrum v prednej oblasti a centrum bdenia v zadnej oblasti hypotalamu.

Vzťah hypotalamu k imunite

Prostredníctvom zmien v produkcii hormónov (produkcia glukokortikoidov) alebo zmenami tonusu autonómneho nervového systému. Sympatiko-imunitné interakcie ovplyvňujú predovšetkým sekundárne lymfoidné orgány (slezina, lymfatické uzliny) a predpokladá sa, že zvyšujú pripravenosť na reakciu útek/útok.

Regulácia biologických rytmov

Je daná rytmickou aktivitou vytváranou ncl. suprachiazmaticus. Rytmické hypotalamické pochody zasahujú prakticky do všetkých ostatných funkcií hypotalamu, ako je tonus sympatika, sekrécia hormónov, regulácia teploty, príjem potravy alebo tekutín, sexuálne funkcie, emócie alebo imunitné deje.

Pamäť – vzťah hypotalamu k pamäti

• Papezov okruh – prenos krátkodobej pamäte do dlhodobej pamäte.

Komplexné chovanie

• Motivácie, emócie

Regulácia metabolizmu

• Cez kontrolu endokrinných žliaz – sekrécia adrenalínu, ACTH apod.

Vzťah hypotalamu k motorickému systému

• Mimovôľové pohyby

Spracoval: Doc. RNDr. Pavol Švorc, Ph.D., Katedra fyziologie a patofyziologie LF OU v Ostravě