Of je nu een bal vangt, je hand terugtrekt van een hete pan of zonder na te denken ademhaalt: steeds verloopt dezelfde keten. Een receptor (zintuigcel) neemt een prikkel waar, zenuwen voeren het signaal naar het centrale zenuwstelsel, dat het verwerkt, en zenuwen sturen een opdracht naar een effector: een spier of een klier. Het hormoonstelsel doet iets vergelijkbaars via het bloed, maar trager en langduriger; het zenuwstelsel werkt in milliseconden.
De indeling: centraal en perifeer
| Deel | Bestaat uit | Taak |
|---|---|---|
| Centraal zenuwstelsel (CZS) | hersenen en ruggenmerg | informatie verwerken, opslaan en beslissen; schakelcentrum van reflexen |
| Perifeer zenuwstelsel (PZS) | 12 paar hersenzenuwen, 31 paar ruggenmergzenuwen, zenuwknopen (ganglia) | verbinding tussen CZS en de rest van het lichaam |
| – sensorisch (afferent) | zenuwcellen van receptoren naar het CZS | informatie aanvoeren |
| – motorisch (efferent) | zenuwcellen van het CZS naar spieren en klieren | opdrachten afvoeren |
Het CZS is goed beschermd: de hersenen door de schedel, het ruggenmerg door de wervelkolom, en beide door drie hersenvliezen met hersenvocht ertussen, dat als schokdemper werkt. Een zenuw is overigens geen enkele cel, maar een bundel van honderden tot duizenden uitlopers van zenuwcellen, omgeven door bindweefsel.
Somatisch en autonoom zenuwstelsel
Naar functie deel je het zenuwstelsel ook anders in. Het somatische (animale) zenuwstelsel regelt alles wat je bewust waarneemt en de skeletspieren die je willekeurig beweegt. Het autonome (vegetatieve) zenuwstelsel regelt onbewuste processen: hartslag, ademhaling, spijsvertering, zweten, de pupilgrootte. Het autonome zenuwstelsel heeft twee tegengesteld werkende delen:
| Orgaan | Sympathisch (orthosympathisch): actie, ‘vechten of vluchten’ | Parasympathisch: rust, ‘rusten en verteren’ |
|---|---|---|
| Hart | hartslag sneller en krachtiger | hartslag langzamer |
| Luchtwegen | bronchiën verwijden | bronchiën vernauwen |
| Pupillen | verwijden | vernauwen |
| Spijsvertering | geremd, minder speeksel | gestimuleerd, meer speeksel en darmbeweging |
| Bijniermerg | geeft adrenaline af | — |
In Vlaanderen spreekt men vaak van het orthosympathische zenuwstelsel. De belangrijkste parasympathische zenuw is de nervus vagus, een hersenzenuw die tot in de buikholte loopt.
De bouw van een neuron
Het zenuwstelsel bestaat uit twee soorten cellen: neuronen (zenuwcellen), die signalen doorgeven, en gliacellen, die neuronen ondersteunen, voeden en isoleren. De menselijke hersenen bevatten ongeveer 86 miljard neuronen.
- Cellichaam: bevat de kern en de meeste organellen.
- Dendrieten: korte, vertakte uitlopers die signalen ontvangen van andere cellen.
- Axon (lange uitloper): voert de impuls van het cellichaam af; kan langer dan een meter zijn, van ruggenmerg tot grote teen.
- Myelineschede: vetrijke isolatielaag om veel axonen, gevormd door gliacellen (in het PZS: cellen van Schwann). Tussen de stukken myeline liggen de insnoeringen van Ranvier.
- Eindknopjes: de uiteinden van het axon, die bij de synaps neurotransmitter afgeven.
Naar functie zijn er drie typen neuronen: sensorische neuronen (van receptor naar CZS), schakelneuronen (binnen het CZS) en motorische neuronen (van CZS naar spier of klier).
Rustpotentiaal en actiepotentiaal
Een neuron is een klein batterijtje. Over het celmembraan staat een elektrische spanning, doordat er buiten de cel meer natriumionen (Na⁺) en binnen meer kaliumionen (K⁺) zijn, en het membraan in rust vooral K⁺ doorlaat. De binnenkant is ten opzichte van de buitenkant negatief: de rustpotentiaal is ongeveer −70 mV. De natrium-kaliumpomp houdt die verdeling in stand door met ATP steeds 3 Na⁺ naar buiten en 2 K⁺ naar binnen te pompen. Zie ook ionen.
- Prikkel en drempel. Wordt het membraan plaatselijk minder negatief en bereikt het de drempelwaarde (ongeveer −55 mV), dan gaan spanningsgevoelige natriumkanalen open.
- Depolarisatie. Na⁺ stroomt naar binnen; binnen een milliseconde schiet de spanning naar ongeveer +30 mV.
- Repolarisatie. De natriumkanalen sluiten, kaliumkanalen gaan open en K⁺ stroomt naar buiten; de spanning daalt weer, schiet even onder −70 mV en herstelt.
- Refractaire periode. Kort na een actiepotentiaal kan op dezelfde plek geen nieuwe ontstaan. Daardoor loopt de impuls maar één kant op.
Een actiepotentiaal is alles-of-niets: hij ontstaat volledig of helemaal niet, en is altijd even groot. Een sterke prikkel geeft dus geen grotere impuls, maar meer impulsen per seconde en activeert meer neuronen.
Snelheid. In een axon zonder myeline kruipt de impuls voort met ongeveer 0,5 tot 2 m/s. Met myeline springt hij van insnoering naar insnoering (sprongsgewijze geleiding) en haalt hij tot ongeveer 100 m/s. Rekenvoorbeeld: een signaal van je teen naar je ruggenmerg legt ongeveer 1 m af. Bij 100 m/s duurt dat 1 / 100 = 0,01 s = 10 ms. Langzame pijnvezels zonder myeline (ongeveer 1 m/s) doen er een seconde over. Daarom voel je bij het stoten van je teen eerst de aanraking en pas daarna de zeurende pijn. Bij de ziekte multiple sclerose (MS) wordt myeline in het CZS afgebroken, waardoor signalen vertragen of uitvallen.
De synaps: chemische overdracht
Neuronen raken elkaar niet. Tussen het eindknopje en de volgende cel zit een spleet van zo’n 20 nanometer: de synaps. Daar wordt het elektrische signaal chemisch:
- De actiepotentiaal bereikt het eindknopje; calciumionen stromen naar binnen.
- Blaasjes met neurotransmitter versmelten met het membraan en lozen hun inhoud in de synapsspleet.
- De neurotransmitter diffundeert naar de overkant en bindt aan receptoren op het membraan van de volgende cel. Afhankelijk van stof en receptor wordt die cel geprikkeld (makkelijker een actiepotentiaal) of geremd.
- De neurotransmitter wordt snel afgebroken door een enzym of teruggepompt, zodat het signaal kort blijft.
Bekende neurotransmitters zijn acetylcholine (spieren, parasympathisch), noradrenaline (sympathisch), dopamine (beloning, beweging), serotonine (stemming), glutamaat (prikkelend) en GABA (remmend). Veel medicijnen en drugs werken in de synaps: antidepressiva van het SSRI-type remmen de heropname van serotonine, cafeïne blokkeert receptoren voor de vermoeidheidsstof adenosine, en sommige zenuwgassen blokkeren het enzym dat acetylcholine afbreekt, waardoor spieren verkrampen. Doordat de overdracht in één richting gaat, werkt de synaps ook als een ventiel.
De reflexboog
Een reflex is een snelle, onbewuste en steeds gelijke reactie op een prikkel. De weg die de impuls daarbij aflegt, heet de reflexboog:
receptor → sensorisch neuron → schakelneuron in het ruggenmerg → motorisch neuron → effector (spier)
Raak je een hete pan aan, dan trekt je hand al terug voordat je pijn voelt. De schakeling loopt via het ruggenmerg; tegelijk gaat er een signaal omhoog naar de grote hersenen, waar je de pijn pas iets later bewust ervaart. De kniepeesreflex bij de huisarts is nog eenvoudiger: het sensorische neuron schakelt direct over op het motorische neuron, zonder schakelneuron. Ademhaling, slikken, hoesten, knipperen en de pupilreflex zijn reflexen die via de hersenstam lopen. Een arts test reflexen om te zien of zenuwen en ruggenmerg intact zijn.
De hersenen: delen en functies
De hersenen wegen bij een volwassene ongeveer 1,3 à 1,4 kg, zo’n 2 % van het lichaamsgewicht, maar gebruiken in rust ongeveer 20 % van de energie. Ze bestaan uit grijze stof (cellichamen, vooral in de buitenste laag: de hersenschors) en witte stof (gemyeliniseerde axonen).
| Hersendeel | Ligging | Belangrijkste functies |
|---|---|---|
| Grote hersenen (cerebrum) | bovenste en grootste deel, twee hersenhelften | bewust waarnemen, denken, taal, geheugen, willekeurige bewegingen |
| – voorhoofdskwab | vooraan | plannen, beslissen, persoonlijkheid, start van bewegingen (motorische schors) |
| – wandbeenkwab | bovenaan, achter de voorhoofdskwab | tast, pijn en temperatuur (gevoelsschors), ruimtelijk inzicht |
| – slaapkwab | opzij | horen (zie geluid), taalbegrip, geheugen (hippocampus) |
| – achterhoofdskwab | achteraan | zien |
| Hersenbalk | tussen de hersenhelften | verbindt linker- en rechterhelft |
| Kleine hersenen (cerebellum) | achteronder | coördinatie, evenwicht, fijne motoriek, aangeleerde bewegingen |
| Thalamus | midden, boven de hersenstam | doorgeefstation van zintuiginformatie naar de schors |
| Hypothalamus | onder de thalamus | lichaamstemperatuur, honger, dorst, slaap; stuurt de hypofyse aan |
| Hersenstam (middenhersenen, brug, verlengde merg) | overgang naar het ruggenmerg | ademhaling, hartslag, bloeddruk, slikken, hoesten; waakzaamheid |
De linkerhersenhelft stuurt de rechterlichaamshelft aan en omgekeerd, omdat de banen in de hersenstam kruisen. Bij een beroerte in de linkerhelft raakt daardoor vaak de rechterarm verlamd, en omdat de taalcentra bij de meeste mensen links liggen, ook de spraak. De hypothalamus is de schakel met het hormoonstelsel: hij regelt via de hypofyse andere hormoonklieren met hormonen. Een overzicht van alle organen per stelsel staat in organen van het menselijk lichaam.
Veelgestelde vragen
Wat is het verschil tussen het centrale en het perifere zenuwstelsel?
Het centrale zenuwstelsel bestaat uit de hersenen en het ruggenmerg en verwerkt informatie. Het perifere zenuwstelsel bestaat uit alle zenuwen en zenuwknopen daarbuiten en verbindt het CZS met zintuigen, spieren en klieren.
Wat doet het autonome zenuwstelsel?
Het autonome zenuwstelsel regelt onbewuste processen zoals hartslag, ademhaling, spijsvertering en pupilgrootte. Het sympathische deel maakt het lichaam klaar voor actie; het parasympathische deel bevordert rust en vertering.
Hoe werkt een actiepotentiaal?
In rust is de binnenkant van een neuron ongeveer −70 mV. Bij een prikkel boven de drempel stromen natriumionen naar binnen en stijgt de spanning tot ongeveer +30 mV; daarna stromen kaliumionen naar buiten en herstelt de rustpotentiaal. De impuls plant zich zo langs het axon voort.
Wat is een synaps?
Een synaps is de overgang tussen een zenuwcel en een volgende cel. Het elektrische signaal laat daar een neurotransmitter vrijkomen, die over een smalle spleet diffundeert en aan receptoren van de volgende cel bindt.
Hoe verloopt een reflexboog?
Receptor, sensorisch neuron, schakelneuron in het ruggenmerg, motorisch neuron en effector (spier). Omdat de hersenen niet nodig zijn voor de reactie, is een reflex heel snel.
Hoe snel gaat een zenuwimpuls?
In zenuwvezels met een myelineschede tot ongeveer 100 m/s, in vezels zonder myeline ongeveer 0,5 tot 2 m/s.