Oefentoets Biologie: Zenuwstelsel | VWO 4/VWO 5/VWO 6 | variant 11

1/4 Spierreflex.
Zie figuur E 48 van de bijlage.

In de afbeelding is in een schema de schakeling weergegeven van een aantal neuronen die verbonden zijn met de buigspier en de strekspier van het onderbeen. Enkele neuronen zijn ter hoogte van het cellichaam genummerd.
De peessensoren en spierspoeltjes reageren op uitrekking.

Om de spierreflex op te wekken wordt een tik gegeven op de kniepees vlak onder de knie. Het onderbeen wipt in reactie daarop even omhoog.

Welke van de genummerde neuronen in het schema van de afbeelding geven bij deze reflex transmitterstof af?

2/4 Spierreflex.
Zie de figuren B 3919 en E 48 van de bijlage.

In de afbeelding B 3919 is het cellichaam van neuron 7 uit afbeelding E 48 op met een aantal uitlopers van andere neuronen schematisch afgebeeld. Via een potentiaalmeter wordt op een bepaald moment de uitslag gemeten zoals in de tekening is weergegeven.

Door prikkeling van welk neuron of welke neuronen in afbeelding E 48 kan deze uitslag zijn veroorzaakt?

3/4 Spierreflex.
Zie de figuren B 3920 en E 48 van de bijlage.

Een sporter krijgt tijdens een wedstrijd kramp in de buigspier. De kramp kan worden verminderd door het been krachtig te strekken.

Leg aan de hand van de schakelingen in de afbeelding E 48 uit waardoor de kramp dan afneemt.

4/4 Spierreflex.
Zie de figuur B 3920 van de bijlage.

Tijdens samentrekking van een spiervezel bewegen actine- en myosinefilamenten langs elkaar. Daardoor verandert de positie van de H-band, A-band en I-band (zie de afbeelding) in een sarcomeer.

Welke veranderingen treden tijdens samentrekking van de spiervezel op in de lengte van deze drie banden?

1/2 Zintuigen en zenuwstelsel.
Zie figuur C 185 van de bijlage.

Bij een bepaalde patiënt is de kruising van de oogzenuwen beschadigd. De hierdoor ontstane blokkade is in de afbeelding aangegeven met P. De gezichtsvelden van beide ogen zijn getekend. Het gezichtsveld van een oog van een mens is het deel van de omgeving dat met één oog wordt waargenomen.
Bij deze patiënt wordt het effect van deze blokkade onderzocht. Hij heeft beide ogen geopend.

Uit welke van de delen 1, 2, 3 en 4 van de gezichtsvelden ontvangt deze proefpersoon volgens de afbeelding weinig of geen informatie?

2/2 Zintuigen en zenuwstelsel.
Zie figuur C 185 van de bijlage.

Bij een andere patiënt is besloten operatief alle verbindingen tussen de linker en de rechter hersenhelft van de grote hersenen door te snijden. De kruising van de oogzenuwen blijft intact. De doorsnijding van alle verbindingen tussen de hersenhelften lijkt weinig gevolgen te hebben voor het dagelijks functioneren van deze patiënt. Een onderzoekster wil hierover meer informatie krijgen. Zij doet daartoe het volgende onderzoek:

- de patiënt sluit het rechter oog en kijkt met het linker oog recht vooruit naar een scherm waarop de onderzoekster dia's in korte flitsen vertoont. In de rechter helft van het gezichtsveld van zijn linker oog wordt het beeld van een sleutel geprojecteerd. De patiënt zegt dat hij de sleutel heeft gezien.

Welke conclusie kan de onderzoekster uit deze waarneming trekken met betrekking tot de hersenhelft waarin zich bij deze persoon een spraakcentrum bevindt?

1/4 Kaliumsluis pept hongerige hersenen op.

Vroeger werd het nog wel gedaan: na het warme eten tussen de middag, even een dutje doen en daarna weer fris aan de slag. Brits onderzoek wijst uit dat de hersenen zelf daar een regulerende rol bij spelen.
Het systeem is zo ingericht, dat glucose uit een maaltijd de waakzaamheid laat wegzakken. Het resultaat is de aloude siësta, het middagdutje na de lunch.
Om de hersenen op te peppen als er weer gegeten moet worden, bezitten sommige hersencellen speciale kaliumpoorten. Deze speciale kaliumpoorten bevinden zich in het membraan van neuronen waarvan al langer bekend is dat ze zorgen voor een alarmtoestand in hongerende hersenen. Deze neuronen liggen in de hypothalamus en zij kunnen de stof orexine uitscheiden. Orexine verhoogt de activiteit van het waakcentrum en van het autonome zenuwstelsel.
Britse onderzoekers hebben nu aangetoond dat glucose de kaliumpoorten van de orexineproducerende neuronen blokkeert.
Hoe essentieel de orexineproducerende neuronen zijn voor de waakzaamheid is al eerder gebleken uit experimenten met muizen die deze zenuwcellen missen.
Deze dieren kregen last van een onbedwingbare slaapzucht.

Een man ontwaakt uit zijn siësta.

- Gaan de kaliumpoorten van de orexineproducerende neuronen dan open of dicht?
- Welk deel van het autonome zenuwstelsel wordt dan actief?

afbeelding

2/4 Kaliumsluis pept hongerige hersenen op.
Zie figuur B 4700 van de bijlage.

Over de manier waarop glucose het sluiten van kaliumpoorten in orexineproducerende neuronen zou kunnen beïnvloeden, worden twee alternatieve mogelijkheden beschouwd.

- Alternatief 1 is dat glucose zich bindt aan een receptor in het membraan van een orexine-neuron, waarna via een aantal boodschapperstoffen de kaliumpoorten worden gesloten.
- Alternatief 2 is dat glucose wordt opgenomen in het orexine-neuron en dat vervolgens de bij de dissimilatie van glucose gevormde ATP de kaliumpoorten sluit.
Deze twee alternatieven zijn vereenvoudigd weergegeven in de afbeelding.
Uit recent onderzoek is gebleken dat het glucosegehalte van het bloed wordt waargenomen door middel van receptoren in het membraan van de orexine-neuronen: dit pleit voor het geopperde alternatief 1 (zie de afbeelding).

- Leg uit waardoor alternatief 1 wel geschikt is voor de controle op de werking van de kaliumpoorten in orexine-neuronen.
. Leg uit waardoor alternatief 2 niet geschikt is voor de controle op de werking van de kaliumpoorten in orexine-neuronen.

3/4 Kaliumsluis pept hongerige hersenen op.
Zie de figuren A 1047 en A 1048 van de bijlage.

Tussen de orexineproducerende neuronen liggen astrocyten: gespecialiseerde zenuwcellen die onder andere de kaliumconcentratie in de omgeving van neuronen reguleren. In de afbeelding A 1047 is te zien hoe astrocyten in een bepaald gebied vele verbindingen hebben met neuronen en haarvaten. Daardoor is activatie van neuronen mogelijk en ook beïnvloeding van de doorbloeding van het haarvat.

Zie figuur A 1048 van de bijlage.

In zenuwweefsel kunnen alleen de astrocyten glycogeen opslaan. Astrocyten voeren vooral anaërobe dissimilatie uit en produceren melkzuur. Het melkzuur wordt afgegeven aan aangrenzende neuronen, vooral wanneer er sprake is van grote zenuwactiviteit.
De afbeelding geeft een schematisch overzicht van enkele omzettingen in een astrocyt en een aangrenzend neuron.

In de afbeelding is een stof met X aangegeven.

Welke stof is dat?

4/4 Kaliumsluis pept hongerige hersenen op.

Beschrijf aan de hand van de voorgaande gegevens twee manieren waarop astrocyten actieve neuronen in 'hongerige hersenen' ondersteunen.

1/5 De bloed-hersenbarrière.
Zie figuur B 4713 van de bijlage.

Hersenziekten zijn in het algemeen lastig te behandelen met medicijnen. Dit komt doordat het grootste deel van het bloedvatenstelsel in de hersenen heel erg gesloten is. Dit wordt de bloed-hersenbarrière genoemd. Geneesmiddelen bedoeld om hersenaandoeningen te bestrijden, komen hierdoor moeilijk op de plaats waar ze nodig zijn.
De uitwisseling van stoffen vanuit en naar haarvaten vindt plaats via openingen tussen de capillaire endotheelcellen of doordat deze endotheelcellen zelf stoffen doorlaten.
Er is een grote variatie in de grootte van de openingen tussen endotheelcellen en daardoor in de mate waarin deze endothelen stoffen doorlaten. Zo zijn in de haarvaten van de lever de openingen tussen de endotheelcellen relatief groot, terwijl deze in de hersenen op de meeste plekken zeer klein zijn en voorzien van ‘tight junctions'. Bij een tight junction zijn van twee cellen de membranen plaatselijk zodanig met elkaar verbonden dat ze een barrière vormen voor allerlei stoffen. Om deze capillaire endotheelcellen in de hersenen liggen uitlopers van speciale hersencellen, de stervormige astrocyten. Deze uitlopers vormen een extra laag om de haarvaten.

Zie figuur B 4713 van de bijlage.

In de afbeelding is de doorsnede van een capillair in de hersenen schematisch weergegeven. De endotheelcellen en astrocyten vormen tezamen de bloed-hersenbarrière.
In de haarvaten van de lever zijn de openingen tussen de endotheelcellen relatief groot, terwijl deze in de hersenen zeer klein zijn en voorzien van tight junctions.

Leg aan de hand van één van de functies van de lever uit dat grote openingen in de levercapillairen functioneel zijn.
- Leg aan de hand van één van de functies van de hersenen uit dat het van belang is dat in de hersencapillairen de openingen zeer klein zijn.

2/5 De bloed-hersenbarrière.

Niet alleen de uitlopers van astrocyten in de hersenen vormen een extra barrière. Aan de buitenzijde van de celmembranen van astrocyten worden verschillende ecto-enzymen aangetroffen zoals aminopeptidasen, carboxypeptidasen, endopeptidasen en cholinesterasen. De aanwezigheid van deze enzymen draagt ook bij aan de geslotenheid van het systeem.

Hoe zal bij het onderzoek naar een geschikte medicatie tegen bepaalde hersenaandoeningen hiermee rekening gehouden moeten worden?

3/5 De bloed-hersenbarrière.

In een specifiek deel van de hersenen is, vanwege de functie, de bloed-hersenbarrière minder gesloten. De openingen tussen de capillaire endotheelcellen zijn er relatief groot.

Welk specifiek deel van de hersenen is dit?

4/5 De bloed-hersenbarrière.

Er worden verschillende behandelingen onderzocht die als doel hebben geneesmiddelen de bloed-hersenbarrière te laten passeren. Eén van deze behandelingen is het inspuiten van een geconcentreerde suikeroplossing (mannitol C₆ H₁₄ O₆ ) rechtstreeks in het bloedvat dat het te behandelen hersendeel voorziet van bloed. Hierdoor verandert plaatselijk de osmotische waarde van het bloed.
Deze behandeling zal geneesmiddelen (veelal grote moleculen) voor een vrij korte periode de gelegenheid geven om de oversteek te maken.

Beschrijf op welke manier deze behandeling geneesmiddelen de mogelijkheid geeft de bloed-hersenbarrière te passeren.
- Waardoor lukt dit maar gedurende een korte periode?

5/5 De bloed-hersenbarrière.
Zie figuur C 424 van de bijlage.

Promovenda Corine Visser van de Universiteit Leiden onderzocht een andere methode: de geneesmiddelen verpakken, waardoor ze door de endotheelcellen en daarmee in de hersenen opgenomen kunnen worden.
De werkzame stof van het geneesmiddel wordt gekoppeld aan het ijzerhoudende eiwit transferrine (Tf), dat kan binden aan de transferrine-receptor (Tf-R) aan het oppervlak van de endotheelcellen. Bij binding van Tf aan Tf-R vindt endocytose plaats en wordt Tf opgenomen in endosomen (blaasjes). Op deze manier vindt normaliter ijzertransport naar organen plaats.
Er zijn twee manieren waarop geneesmiddelen aan transferrine gekoppeld kunnen worden:

1. als Tf-geneesmiddel conjugaat; de werkzame stof van het geneesmiddel wordt direct gekoppeld aan transferrine.
2. als Tf-gelabeld-liposoom; de werkzame stof van het geneesmiddel wordt verpakt in een liposoom (vetblaasje) dat gelabeld is met transferrine.

Zie figuur C 424 van de bijlage.

In de afbeelding zijn beide manieren afgebeeld.

Deze twee methoden worden met elkaar vergeleken.

Wat is een biomedisch voordeel van methode 1 (conjugaat)?
- Wat is een biomedisch voordeel van methode 2 (liposoom)?

2/3 Bij de tandarts
Zie figuur B 5943 van de bijlage.

De tandarts moet de restanten van de vulling verwijderen en zal daarbij de daar liggende zenuw raken. Hij geeft daarom een verdoving in het zachte gehemelte van Dorothea. Al gauw wordt haar rechter onderkaak gevoelloos, evenals de rechterhelft van haar kin en tong. Zij kan nog wel praten. Dorothea wordt nieuwsgierig, welke van de 14 hersenzenuwen verdoofd is.
Zij doet twee proefjes. Zij legt een suikerklontje op haar tong. Dat smaakt zoet. Ze brengt links en rechts wat azijn op haar tong, aan beide kanten smaakt dat even zuur.

Leid nu met behulp van de tekst en de tabel met hersenzenuwen hiernaast af, welke zenuw verdoofd is.
Leg je keuze uit.

Impuls

Wat gebeurt er als een impuls langs een axon passeert?