解剖・栄養生理学

解剖・栄養生理学

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

)

三層 構造

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

– 左脳は言語機能 と計算機能

– 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

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｣

脳の機能解剖学的分類

http://kaoru.to/brainadv/brainarea02.png

まとめて大脳と呼ぶ場合もある

大脳の解剖

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

•

大脳皮質：大脳の表面を覆ってい る灰白質



感覚・随意運動・意識の 中枢

•

古皮質と新皮質

(

大脳実質の

90

％

)

•

白質：有髄神経線維

•

感覚・運動・連合野 間の情報交換の場

•

左右の大脳半球間 での情報交換

•

基底核：白質の下層に ある灰白質



運動指令 の統括

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

大脳は 3 層構造

•

大脳皮質：灰白質の層

(

細胞体の密集領域

)

•

大脳辺緑系：感情・欲求の中枢、海馬は空間や短期 記憶と関連、扁桃体は記憶の固定と関連

•

大脳基底核：大脳皮質からの情報を受けて運動調節

坂井、橋本、2011、p118

http://www.flyfishingdevon.co.uk/salmon/year2/aggression/amygdala-hippocampus.jpg

海馬 扁桃体

間脳

• 脳幹に含めることもある ( 大脳との関係が深い )

• 視床と視床下部が含まれる

• 視床：嗅覚以外の感覚を司る・記憶や情動にも 関与していると考えられている

–

感覚情報を集めて大脳に送られる

(

高次脳機能の 門番

)

• 視床下部：本能行動・自律神経の中枢

–

ホメオスタシス

(

体温・温熱・摂食・飲水・情動・性行 動・循環器と消化器・ホルモン分泌

)

を司る

• 下垂体：内分泌腺

• 松果体：メラトニンの分泌 ( 概日リズムと関係 )

狭義での脳幹は中脳・橋・延髄

•

中脳

–

伝導路の中継点

–

視覚・聴覚・感覚・姿勢・排尿

(

抑制

)

調節の反射

•

橋

–

小脳と他の

CNS

の橋渡し

–

呼吸や視覚・聴覚・排尿

(

促進

)

の反射中枢

•

延髄

–

心臓・呼吸・血管運動・消化器・発汗調節の反射中 枢

•

紋様体

(

脳幹の中央部にある構造

)

–

脳幹を通る灰白質と神経線維のネットワーク

–

不必要な情報をふるいにかける役割も持つ

間脳と脳幹

• 間脳：視床、視 床下部

• 脳幹：

–

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

–

脳神経が集まっ

ている

• 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

脳死と植物状態の違い

• 脳死：大脳から延髄の機能が喪失した状 態でも心機能は働いている状態

– 自発呼吸や反射が消失

• 植物状態：大脳の機能のみが喪失した状

態  心機能・呼吸機能・反射は見られる

PNS: 脳神経は 12 対

坂井、橋本、2011、pp82-83

•

嗅神経：

•

視神経：

•

動眼神経

:

•

滑車神経

:

•

外転神経：

•

三叉神経：

•

顔面神経：

•

内耳神経：

•

舌咽神経：

•

迷走神経：

•

副神経：

•

舌下神経：

脊髄神経は 31 対

• 前根 ( 遠心路 ) と後根 ( 求心路 ) が 合わさって脊髄神経になる

• 脊髄神経は前枝と後枝に分か れる

–

前枝は太く神経叢を形成する

–

頚神経

(8

対

[C1 – C8])

–

胸神経

(12

対

[T1 – T12]) –

腰神経

(5

対

[L1 – L5])

–

仙骨神経

(5

対

[S1 – S5]) –

尾骨神経

(1

対

[C0])

坂井、橋本、2011、p84

皮膚の分節 ( 皮膚節 )

•

知覚神経の帯状支配領域

•

発生の過程で神経が分節化しても、

当初支配した皮膚や筋肉を支配し 続ける

– (C1~C4)

頚神経叢・横隔神経

– (C5~T1)

腕神経叢

– (T1~T12)

肋間神経

– (L1~L4)

腰神経叢

– (L5~S3)

仙骨神経叢

(

下腿を支 配する坐骨神経がここから出る

)

坂井、橋本、2011、p85

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)