解剖・栄養生理学

栄養生理学

脳と神経系の生理

参考書

:

山本ら 第

4

、

7

～

8

章 藤田

pp227

～

277

Mader

第

13

章

この講義で身に付けること

• ニューロンの解剖および活動電位の伝導メ カニズムを理解する

• 中枢神経と末梢神経の解剖とメカニズムを 理解する

• 脳の解剖と機能を理解する

• 認知症・うつと葉酸の関係を学ぶ

神経の概要

中枢神経 知覚神経

運動神経 自律神経

交感神経

消化器系 以外を活発化

動悸 息切れ 瞳孔散大

副交感神経

消化作用促進 排尿・排便 その他は抑制

ペアになって 反対の作用

体性運動神経 遠心路

運動コマンド 求心路

知覚情報

効果器 受容器

中枢神経と末梢神経

• 神経は中枢神経系（ CNS) と末梢神経系

（ PNS) に分類される

• CNS は脳と脊髄  ホメオスタシスの維持

• PNS は神経線維  刺激を情報として脳

に伝えその反応を末端に伝える

• 2 種類の細胞に分類できる

–

神経細胞

(

ニューロン

)

–

グリア細胞

(

支持細胞

)

ニューロンとは ?

•

神経系の構成・機能的単位である神経細胞

•

細胞体・軸索・樹状突起で構成されている

–

樹状突起：外部からの情報を受け取る



興奮する

–

軸索を通って終末に運ばれて

(

興奮伝導

)

興奮を伝

える

(

興奮伝達

)

•

神経を伝わっている信号＝神経の興奮

•

神経に沿って興奮が伝わること＝興奮の伝導

•

伝導の速度は計算可能

– 1m/sec

から

100m/sec

まで様々

•

神経などを興奮させる環境の変化＝刺激

ニューロン ( 神経細胞 ) の種類

1) 感覚ニューロン ( 感覚神経細胞 ) ：捉えた刺 激を感覚として CNS に伝える

2) 運動ニューロン ( 運動神経細胞 ) ：脳からの 指令を筋や腺 ( 効果器 ) に伝える

3) 介在ニューロン ( 介在神経細胞 ) ： CNS 内

で情報を神経細胞から神経細胞に伝える

ニューロンの種類と構造

http://www.geocities.jp/ululu_o_ululu/report-07-0101.jpg

支持細胞 ( グリア細胞 )

•

中枢神経に

4

種類

–

上衣細胞：脳室内での脳脊髄液の循環や脳室から脳 実質への物質輸送

–

アストログリア

(

アストロサイト

)

：栄養補給、ダメージの 修復、ホルモン生産

–

ミクログリア：破損した神経細胞や老廃物の除去

–

オリゴデンドログリア

(

稀

[

希

]

突起膠細胞・オリゴデンド ロサイト

)

：髄鞘を形成し栄養補給と神経細胞の維持

•

末梢神経に

2

種類

–

衛星細胞：神経節で神経細胞の核周部を覆う

–

シュワン細胞：末梢神経に存在。髄鞘を分泌

髄鞘 ( ミエリン鞘 ) とシュワン鞘

•

軸索にはオリゴデンドログリアやシュワン細胞が巻き つく

–

中枢神経：オリゴデンドログリア

–

末梢神経：シュワン細胞

•

髄鞘

(

ミエリン鞘

)

：オリゴデンドログリアやシュワン細胞 の細胞膜が巻きついて形成

•

シュワン鞘：シュワン細胞の細胞質が取り巻く部位

•

ミエリン

(

スフィンゴ脂質

) 

髄鞘の主成分



絶縁能力 が高い

–

髄鞘と髄鞘の間



ランビエ絞輪

–

興奮の伝導と神経線維が成長するための通路

髄鞘の有無と存在部位

•

髄鞘のあることを有髄、シュワン鞘のあることを 有鞘という

•

神経細胞によって軸索が髄鞘やシュワン鞘で 覆われているかに違いがある

1)

無髄無鞘線維：中枢 灰白質

2)

無髄有鞘線維：末梢 自律神経

(

節後線維

) 3)

有髄無鞘線維：中枢 白質

4)

有髄有鞘線維：末梢 体性神経

(

運動・知覚

)

静止電位と活動電位

• ニューロンには「興奮」か「静止」のどちら かの状態しかない ( 全か無かの法則 )

• 軸索の内部が外部と比べてマイナス (-) に 帯電している状態＝静止時  静止電位

• 特定の強さの刺激を受けると興奮する

• 興奮するかしないかの境界値＝閾値

• 興奮によって起きる軸索の細胞膜の極性

( 電位差 ) の変化＝活動電位

電位差のメカニズム

• 軸索の細胞膜を挟んでイオンの分布に違 い

–

軸索の外部では

Na ^＋

濃度が高い

–

軸索の内部では

K ⁺

濃度が高い

• 濃度の違いを一定に保つメカニズム

–

ナトリウムーカリウムポンプ

(

能動輸送

)

– Na ^＋

と

K ⁺

は常に拡散で細胞膜を透過して行く が、細胞膜は

K ⁺

に対してより高い透過性を持 つ



常に外部により多い＋イオンが存在する

–

ーに荷電したイオンが軸索の細胞質に存在

http://stevebambas.com/AP%20210%20Neurons%20Images/AP%20210%20Action%20Potential%20Two.jpg

•

活動電位が起きると

1) Na ^＋

チャネルが最初に

開く



軸索内の電荷が

－から＋に変化する

(

脱 分極

)

2) Ka ^＋

チャネルが開く



軸索内の電荷が－に 戻る

(

再分極

)

興奮の伝導

活動電位

軸索

軸索

跳躍伝導

• 有髄神経線維には髄鞘が巻かれている

–

電気を通さないので電流はランビエ絞輪だけ 流れる

– ↑

伝導スピード＆脱分極の面積が少なくてす む



エネルギー節約

http://im-ctu.com/essay/media/6/20080902-ランビエ絞輪二.png

神経線維の種類

種類 直径 伝導速度（

m/sec)

髄鞘 機能

A α 20

～

12 120

～

60

有髄 ^{運動および知覚}

β 14

～

8 80

～

30 γ 8

～

2 55

～

15 δ 3

～

1.5 30

～

6

B 3 15

～

3

有髄 ^{自律神経節前線維}

C 1 0.8

～

0.3

無髄 ^{自律神経節後線維、}

皮膚感覚の一部

• 伝導速度による分類方法

• 直径の違いによる分類方法もある

教科書

p99

軸索輸送と変性

•

ニューロン内部ではタンパク質などが生産され て終末に向けて輸送される

(

軸索輸送

)

–

逆行する物質もある

•

神経が切断されると

2

～

3

日で軸索の消失



一 週間後にシュワン細胞による中空管の形成＆

切断

2

～

3

日後から切断部での再生の開始

(

ウォーラーの変性

)

•

細胞体に近い部位で切断が起こると変性が細 胞体に達する



ニューロンの完全な消失

シナプスでの伝達

• 他の樹状突起や細胞体に面している軸索 の先端  軸索終末

• 面している領域＝シナプス

–

シナプス前膜

(

要素

)

・シナプス間隔・シナプス 後膜

(

要素

)

• 活動電位は神経伝達物質を使いシナプス を渡る＝伝達

–

広範囲に広がる発散とシナプスが集約するこ とによる集中

統合

http://www2j.biglobe.ne.jp/~fkamiya/HB/images/F1206b.jpg

シナプスでの伝導メカニズム

http://www.colorado.edu/intphys/Class/IPHY3430-200/image/11-13.jpg

活動電位

Ca ²⁺

チャンネル

軸索終末

中枢神経と 末梢神経

•

中枢神経

(CNS)

–

脳と脊髄

•

末梢神経

(PNS)

– CNS

の外に存在する

神経と神経節

–

神経＝軸索の束

–

脳神経

(12

対

)

＋脊髄 神経

(31

対

)

–

体性神経系

(

知覚神 経＋体性運動神経

)

と自律神経系 坂井、橋本、2011、p77

CNS ：脳と脊髄

－髄膜と脳脊髄液の解剖－

坂井、橋本、2011、p115

–

脳脊髄液で生産・貯蔵される



静脈に排水できなくなると障害発生

灰白質と白質

坂井、橋本、2011、p79 灰白質：細胞体と無髄神経線維 白質：有髄神経線維

有髄神経線維が束になって伝導路を形成

ニューロンの密集体は

PNS

にも存在



神経節

脊髄

http://www.mypsychologyblog.com/wp-content/uploads/2010/03/SpinalCord.jpg

前灰白質

(

前柱

)

後灰白質

(

後柱

)

後根入口

後根神経節 前索

側索 後索

後正中溝 後中間溝

軟膜 クモ膜

硬膜 前正中裂

脊髄神経節

脊髄神経

(

前根・後根

)

脊柱管の中に脊髄が伸びている

•

椎骨の間から脊髄神経

(

末梢 神経の一部：

31

対

)

が伸びる

•

知覚ニューロン

(

求心路・上行 路

)

と運動ニューロン

(

遠心路・

下行路

)

が存在する

•

ベル・マジャンディの法則

–

求心路

(

知覚

)

は後根から

–

遠心路

(

運動

)

は前根から

•

求心路・遠心路は経路過程で 交差する



脳が支配する体の 部位は左右逆

•

反射の中枢

坂井、橋本、2011、p86

無条件反射 ( 条件反射と区別 )

•

反射中枢が脊髄にあるもの＝脊髄反射

•

先天的に持っている定期的反応

•

体性反射と自律性反射

•

反射弓：受容器



求心性神経



反射中枢



遠 心性神経



効果器

•

反応が起きるまでの時間＝反射時間

• 例：膝蓋腱反射・対光反射 ( 瞳孔の収縮の 確認 ) で延髄の異常を確認 ( 呼吸と循環を 司る部位 )

–

異常があるときでは反応が違う



診断

条件反射

• 条件反射：条件付け ( 経験 ) することで起 きる反射

–

酸味の食品を見ると 唾液が出る

• イワン・パブロフが 犬を使って実証した

• 1904 年ノーベル生 理学・医学賞受賞

http://iespinardelarubia.centros.educa.jcyl.es/sitio/upload/img/Pavlov.jpg

Ivan Petrovich Pavlov

1849 -1936

脳の構造

坂井、橋本、2011、p114

•

大脳・間脳・小脳・

脳幹に分類

•

左右の脳は脳梁で 連絡

–

左脳は言語・計 算機能

–

右脳は認知・立 体的構成の把握

•

血液脳関門

•

ブドウ糖のみをエ ネルギー源として 利用

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b5/Brain_diagram_ja.svg

脳毛細血管の選択的透過性

• 機械的保護は頭蓋骨・髄膜・髄液

• Blood-Brain-Barrier( 血液脳関門 ) で血液 からの有害物質を防いでいる

–

タイト

(

密着

)

結合：隣接する細胞膜のタンパク質同 士の結合



不浸透性の確保

–

アストロサイト

• 通過可能：水・酸素・二酸化炭素・グル コースなど

• 通過不可：色素・ Na ⁺ ・ K ⁺ ・ Mg ²⁺ や有害物

質 ( アルコールやニコチンなど一部を除く )

アルコール

• GABA(

抑制伝達物質

)

やグルタミン酸

(

興奮性

伝達物質

)

の受容体と結合



脳機能の抑制

–

判断能力・運動能力の低下

–

脳萎縮の推進

•

純アルコール摂取が

20g

を超えると死亡率が 増加するとの報告がある

平成19年度厚生労働科学研究｢わが国における飲酒の実態ならびに飲酒に関連する生活習慣病、公衆衛生上の諸問題とその 対策に関する総合的研究｣

中心溝に沿って切ると運動野 ( 前方 ) と 感覚野 ( 後方 ) に分けられる

坂井、橋本、2011、p119

http://2.bp.blogspot.com/_CVxm5d_3xFU/SjD6HxeIUEI/AAAAAAAAAiY/J18dzJPK_8Q/s320/TaylorIMMjbSamuelGeorgeMortonM.jpg

Samuel George Morton

1799-1851

http://www.gustavslibrary.com/images/goniometer.gif http://www.gustavslibrary.com/crania300.gif

Pierre Paul Broca

(28 June 1824 – 9 July 1880)

http://www.brainclinic.co.za/images/paul_broca.png

http://antiquescientifica.com/craniometer_Paul_Broca_Mathieu_illustration.jpg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d2/BrocasAreaSmall_(ja).png/250px-BrocasAreaSmall_(ja).png

間脳と脳幹

•

間脳：視床、視床 下部

•

下垂体や松果体

•

脳幹

(

中脳・橋・延 髄・

[

間脳

])

：

–

情報の橋渡し

–

生命活動を維持

する中枢

–

呼吸・体温調節・

血圧調節

–

脳神経が集中

•

後脳：橋と小脳

•

菱脳：延髄と橋 http://facstaff.gpc.edu/~jaliff/brastem2.gif

橋

間脳

中脳

延髄

後脳

菱脳

ラットによる研究結果

各群

8

匹の実験で

HFCS(

異性化糖

)

の長期摂取が 体重増加と腹部脂肪の増加が見られた

(

オスでより 顕著な結果

)

Bocarsly et al. Pharmacol Biochem Behav 2010

Cha SH, et al. Proc Natl Acad Sci U S A. 2008; 105(44):16871-16875.

小脳

•

橋と延髄の背側にあ る

•

随意筋の調節と協調

•

速い運動に対しての 平衡・姿勢維持・運動 の調和

小脳

http://www.memorylossonline.com/glossary/images/cerebellum.jpg

http://www.healthaid.jp/image/healthaid/healthy2/healthy4.gif

•

神経節が存在

– CNS

から神経節

＝節前神経

–

神経節から臓器

＝節後神経

•

交感神経：エネルギー 消費、ストレス対応

•

副交感神経：エネル ギーの蓄積

•

節前神経・節後副交感 神経はコリン作動性

•

節後交感神経はアドレ ナリン作動性

「自律神経の二重支配」

プリオン病

•

脳に空洞が出来てスポン ジ状になる疾患

•

牛海綿状脳症

(BSE)

やク レイビー

(

羊

)

、クロイツ

フェルト・ヤコブ病

(

ヒト

)

•

タンパク質物質であるプ リオンの異常が原因とす る説が有力

•

感染経路

–

遺伝子の突然変異

–

外部からの感染

•

肉骨粉

http://sciencelife.uchospitals.edu/2010/01/29/linkage-129-the-prions-job-antivax-smackdown/#more-1867

十分な睡眠による脳の発達

• 5

－

18

歳の子供

290

名の睡眠習 慣と脳における 白質と灰白質の 体積を

MRI

を使 い調査

•

睡眠時間が長 い子供ほど海 馬の灰白質の 体積が多い傾 向が見られた

Taki et al. Neuroimage. 2011

朝ごはんが脳に与える影響

Taki et al. Plos One, 2010

、川島隆太 講演スライド

• 5

－

18

歳までの男女

(

各

145

名

)

に対して

MRI

を実施

•

年齢、性別、

SES

などを調整した後でも、朝食にごはん を食べる子供のほうが脳内の灰白質の割合が高かった

•

成長期ほど割合の差が大きくなった

• GI

の違い

(

低

GI

食の方が安定したグルコースを供給

)

食育と認知機能

東北大学 川島隆太教授 講演スライド

認知症とうつ

•

認知機能障害

–

脳血管型とアルツハイマー型

•

ビタミン

B

摂取不足と血中ホモシステイン

(

アミノ酸 の一種

)

値の上昇が認知力の低下と関係

(Tucker et al. Am J Clin Nutr, 2005)

•

血中ホモシステインの上昇はうつの発症とも関係

(Almeida et al. Arch Gen Psychiatr, 2008; Nanri et al. EJCN, 2010)

http://alzheimersinfo.info/

魚油と脳生理

•

魚油は多価不飽和脂肪酸のドコサヘキサエン 酸

(DHA)

とエイコサペンタエン酸

(EPA)

が多い

• DHA

はシナプス膜の流動性を高める⇒情報伝 達機能が高まる

–

老化によるシナプス機能の回復

• DHA

を多く摂取⇒学習能力や

IQ

向上

(

脳機能の 発達に関与

)

• DHA

の血栓・動脈硬化予防による血流量増加 やシナプス膜機能の変化⇒認知症改善

•

脳神経系機能の維持・向上には

DHA

の総摂取 量が一日に

1.0g

は必要

http://www.miyakenvora.com/img/horensou.jpg

葉酸と認知症・うつ予防

http://www.eiyoukeisan.com/calorie/img/gram/kaisou/nori_yaki_3.JPG

• 葉酸の効果

–

ホモシステインの増加予防 から血管の損傷を防ぐ

–

アミロイド前駆体を合成す る遺伝子を抑制

• 2010 年日本人の食事摂

取基準

–

成人

(

推奨量

)240μg/

日

–

耐容上限量：

1300

～

1400μg/

日

血中ホモシステインの上昇

認知症 脳梗塞 心筋梗塞

野菜 嫌 い

体 質

（遺 伝 子

）

うつ病

骨 粗 鬆 症 脊

椎 二 分 症

、低 体 重

児 推奨量

240μg

は高齢者、

15%

の遺伝子多型で不足

葉酸は寝たきり高額医療費の ３大病因を予防

副学長講義スライド

0 1 2 3 4 5 6

0 1 2 3 4 5 6 7 8

気づかない脳梗塞

ホモシステイン (nmol/ml) ホモシステイン (nmol/ml)

Araki et al.

Geriatr Gerontol Inter

2003; 3: 15-23

**

症状のある脳梗塞

ホモシステインが高いと脳梗塞が5.5-7.5倍に増加

*

*** ***

<6.8 6.9-8.1 8.2-10.2 ≥10.3 <6.8 6.9-8.1 8.2-10.2 ≥10.3

葉酸欠乏による

脳 梗 塞 の発 見 頻 度

厚 労省 の葉 酸策 定 基準 は

13

副学長講義スライド

葉酸添加に対する国際的な動き

2012

年

8

月現在

: 74

ヶ国が小麦製品に少なくとも鉄お よび

/

もしくは葉酸を添加することが必須となっている

2 年間の坂戸市葉酸プロジェクトで坂戸市医 療・介護費を合計で約 22.3 億円節減

国枝寛： 日本公衆衛生学雑誌 学会抄録集56 ：167

(2009)