BIOL:Tkanka nerwowa

Z edu
Tkanka nerwowa
KL grafika.png KAPITAŁ LUDZKI
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
Universitas Varsoviensis orzelek trans 116x128.png
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI
FUNDUSZ SPOŁECZNY
European flag.svg
Projekt Fizyka wobec wyzwań XXI w. współfinansowany jest przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego w ramach Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki.

<poprzedni

Spis treści

TKANKA NERWOWA

(1) — mózg, (2) — Ośrodkowy układ nerwowy, (3) — rdzeń kręgowy.

Tkankę nerwową tworzą neurony oraz komórki glejowe (pełniące funkcje ochronne i odżywcze), które z kolei budują cały układ nerwowy. Ma pochodzenie ektodermalne i jest to najwyżej zorganizowana tkanka w organizmie człowieka. Tkanka ta ma kilka podstawowych zadań:

  • odbiera, przekazuje i reaguje na bodźce pochodzące ze środowiska środowiska
  • przewodzi impulsy
  • wytwarza substancje przekaźnikowe
  • koordynuje aktywność intelektualną, świadomość oraz podświadomość

Tkanka nerwowa ma bardzo słabe możliwości regeneracyjne, jest też szczególnie wrażliwa na brak tlenu.


Układ nerwowy

— umożliwiający szybkie i precyzyjne komunikowanie się pomiędzy oddalonymi od siebie częściami organizmu — dzieli się na dwie części:

  1. ośrodkowy układ nerwowy — mózg i rdzeń kręgowy; chroniony przez kości czaszki oraz kręgosłup; budowany z istoty szarej (skupisko ciał komórek nerwowych — neuronów) i białej (skupiska wypustek nerwowych — dendrytów i aksonów)
  2. obwodowy układ nerwowy — nerwy zbudowane z włókien należących do układu somatycznego i autonomicznego, przekazujące informacje pomiędzy ośrodkowym układem nerwowym i poszczególnymi narządami

Neurony (komórki nerwowe)

Neurony to komórki, które występują w układzie nerwowym i składają się z ciała komórki (perikarion, soma) oraz wypustek cytoplazmatycznych — dendrytów i aksonów. Za ich pomocą tworzą połączenia z innymi neuronami, bądź komórkami wykonawczymi — efektorowymi. Połączenie między komórkami nerwowymi to synapsa.

schemat budowy neuronu

Neurony można podzielić:

  1. ze względu na kierunek przekazywania sygnału:
    • neurony czuciowe (aferentne, dośrodkowe) — biegnące od receptora do ośrodka; zazwyczaj jednobiegunowe, mające jedną dużą wypustkę; dzieli się ona na dwie gałęzie: jedna do ośrodkowego układu nerwowego, a druga do receptorów czuciowych
    • neurony ruchowe (eferentne, odśrodkowe) — biegnące od ośrodka do efektora; posiadają duże ciało neuronu (w celu pokrywania potzreb metabolicznych dużych aksonów; mają duże dendryty
    • neurony kojarzeniowe (pośredniczące) — występujące między innymi pomiędzy neuronami czuciowymi i ruchowymi
  2. ze względu na kształt:
    • wielobiegunowe — najpowszechniejsze; posiadają więcej niż jeden dendryt
      • z długim aksonem — (przykład: neurony ruchowe rdzenia kręgowego)
      • z krótkim aksonem (dendrytem) — (przykład: neurony kojarzeniowe w istocie szarej mózgu i rdzenia kręgowego)
    • dwubiegunowe — posiadają jeden dendryt; wystepują w nabłonkach czuciowych (przykład: w siatkówce oka i błonie węchowej)
    • pozornie jednobiegunowe — mają jedną wypusytkę, która rozgałęzia się w kształt litery T; pojedyncza wypustka to leżący obok siebie dendryt i neuryt (przykład: zwoje czuciowe nerwów czaszkowych i rdzeniowych)
    • jednobiegunowe — (przykład: podwzgórze)
  3. ze względu na długość wypustek:
    • Golgi I — długie aksony, na długie odległości
    • Golgi II — krótkie wypustki, na małe odległości




Ciało komórki

Obraz komórki nerwowej człowieka z odcinka lędźwiowego rdzenia kręgowego w mikroskopie konfokalnym, barwienie błękitem metylenowym. Różowe kropki (małe strzałki) to ciałka Nissla, niebieskie i żółte to ziarna lipofuscyny (duże strzałki). Podziałka 25 μm

Jest to sferyczna, centralna część neuronu, której przekrój w typowym neuronie wynosi około 20 mikrometrów. Płyn wypełniający komórkę jest bogatą w potas zawiesiną oddzieloną od przestrzeni międzykomórkowej przez błonę komórkową. Wewnątrz ciała komórki znajduje się organelle — w większości te, które znajdują się we wszystkich komórkach zwierzęcych.

  • tworzy je plazma otaczająca jądro komórki
  • znajdują się w istocie szarej
  • uczestniczy w odbieraniu i gromadzeniu impulsów nerwowych
  • jego jądro jest okrągłe, duże i centralnie położone
  • duża aktywność cytolazmy — szeroko rozbudowana siateczka śródplazmatyczna szorstka
  • występuje tu tigroid (ciałka Nissla) — grudki substancji zasadochłonnej; obecność tigroidu jest jedną z przyczyn szarej barwy skupisk ciał komórek nerwowych — stąd noszą one nazwę istoty szarej; tigroid to specyficzna dla neuronów postać szorstkiej siateczki śródplazmatycznej, miejsce intensywnej syntezy białek (skupisko rybosomów i RNA). Cząsteczka mRNA przyłącza się do obecnych w siateczce rybosomów, które dokonują translacji informacji zawartej w mRNA niezbędnej do złożenia cząsteczki białka. To rybosomy więc korzystają z surowego budulca, jakim są aminokwasy i wykorzystując matrycę dostarczoną przez mRNA budują cząsteczki białek
  • zawiera liczne mitochondria zaspokajające zapotrzebowanie neuronu na energię
  • aparat Golgiego jest dobrze rozwinięty i bierze udział w procesach wydzielniczych
  • zawiera neurofilamenty — o średnicy około 10 nm; białko neurofilamentów stanowi wewnętrzne rusztowanie utrzymujące kształt ciała komórki
  • zawiera lipofuscyny — barwnik, wtręt komórkowy — przejaw wyrodnienia; występują szczególnie u osób starych; są to analogi tzw. "plam wątrobowych" na skórze u osób starych (to złogi lipfuscyny w komórkach skóry)
Szczegółowa budowa neuronu

Wypustki

Są to rurkowate twory odchodzące od ciała komórki nerwowej, umożliwiające komunikację jednego neuronu z innymi. Wyróżnia się dwa rodzaje wypustek nerwowych:dendryty (komórka może mieć ich wiele) i akson (może być tylko jeden).

  • dendryty — są to rozgałęzione struktury, które przenoszą sygnały otrzymywane z innych neuronów przez synapsy do ciała komórki. Wypełnione są neurotubulami i neurofilamentami i otoczone błoną komórkową. W miarę rozgałęzianaia się zmniejsza się ich średnica. Posiadają wiele zgrubień — pączków dendrytycznych — synaps chemicznych. Dendryty mogą mieć albo wolne zakończenia w innych tkankach (receptory czuciowe) albo posiadają synapsy z innymi neuronami. Wzdłuż błony dendrytów przewodzone są impulsy nerwowe w kierunku ciała komórki (zawsze i tylko w tym kierunku).
  • akson (neuryt) — przekazuje informacje z ciała komórki do kolejnych neuronów lub komórek efektorowych (przykład: do komórek mięśniowych bądź gruczołowych). Neuryt może być osłonięty osłonką włókien nerwowych. Jest z reguły dłuższy od dendrytów — może osiągać długość do 100 cm. W komórce występuje pojedynczo, choć może być rozgałęziony. Jego średnica na całej długości jest jednakowa i wynosi od 1 do 20 mikrometrów. Z tego powodu narażony jest na uszkodzenia mechaniczne. W celu usztywnienia jest on wypełniony licznymi mikrotubulami i neurofilamentami. Cały akson otoczony jest aksolemą (błona komórkową) i wypełniony aksoplazmą. Nie ma tutaj szorstkiej siateczki śródplazmatycznej i aparatu Golgiego, dlatego też syntezowane w ciele komórki białka, lipidy itp. są transportowane wzdłuż wypustek od ciała komórki ku zakończeniom (prędkość: od 1 mm do 20 cm na dobę). Rodzaje aksonów:
    • niemielinowany — jest to akson, które nie posiada osłonki mielinowej. Opór błony niemielinowanej jest znacznie mniejszy niżmielinowanej, pojemność natomiast znacznie większa, co sprawia, że właściwości transmisyjne aksonu niemielinowanego są znacznie gorsze niż aksonu posiadającego osłonkę. W aksonach niemielinowanych szybkość przemieszczania się ładunków wzdłuż błony jest tym większa, im grubszy jest akson. Aksony niezmielinizowane przewodzą informację z termoreceptorów i receptorów bólowych. Prędkość przewodzenia jest proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego średnicy włókna
Schemat włókna nerwowego rdzennego i bezrdzennego
    • mielinowany — jest to akson, które posiada osłonkę mielinową. Osłonki mielinowe stanowią izolację elektryczną aksonu, dzięki czemu zmniejszona jest „ucieczka” prądu z błony aksonu. Mielina wytwarzana jest przez komórki glejowe. Komórki te owijają aksony wieloma warstwami błony komórkowej, dzięki czemu powstaje osłonka izolacyjna bogata w lipidy. Warstwy błony połączone są ze sobą za pomocą białek adhezji komórkowej. W ośrodkowym układzie nerwowym są to oligodendrocyty, zaś w obwodowym komórki Schwanna (lemocyty) — skład mieliny przez nie wytwarzanej różni się nieco od siebie. Proces mielinizacji: akson „wpukla się” w komórkę podporową (wnika w nią), a następnie komórka podporowa zaczyna owijać wielokrotnie mezakson wokół aksonu. Osłonka mielinowa nie jest ciągła na całej swej długości — niewielka przestrzeń pomiędzy segmentami mieliny to przewężenia Ranviera, w których znajduję się bardzo duża ilość napięciowo zależnych kanałów sodowych. Impuls nerwowy, podczas przechodzenia przez osłonkę, ulega zmniejszeniu. Jednak dochodząc do kolejnych przewężeń Ranviera, ulega "regeneracji" przez wywołanie w tym miejscu potencjału czynnościowego (odległość między kolejnymi przewężeniami jest tak dobrana, aby każdy potencjał docierający do kolejnego przewężenia był potencjałem ponadprogowym). Segmenty mielinowe mają długość 1 — 2 mm i każdy z nich jest utworzony przez odrębna komórkę. Aksony przy węźle Ranviera są nieco grubsze niż pod osłonką mielinową i zawierają większość kanałów jonowych, które zakotwiczone są w białka cytoszkieletu za pomocą ankyryny (białka łączącego).

Sygnał mający rozpocząć mielinizację jest na razie niejasny. Przyjmuje się, że dla nerwów w ośrodkowym układzie nerwowym jest to osiągnięcie przez akson średnicy 0,3 mikrometra, natomiast układzie obwodowym 1 mikrometr. Początek mielinizacji następuje 4-tym miesiącu życia płodowego.

Wzrost i kształtowanie się neuronów

Neurony powstają z komórek neuronabłonkowych, które zlokalizowane są w cewie nerwowej (lub grzebieniu nerwowym). Neurogeneza (proces powstawania nowych komórek nerwowych obejmujący zarówno neurogenezę wieku prenatalnego jak i neurogenezę wieku dorosłego). W okresie embrionalnym neurogeneza zachodzi w całym układzie nerwowym, zaś w późniejszym okresie pod ependymą (warstwą nabłonka jednowarstwowego sześciennego) komór mózgu i kanału rdzeni kręgowego oraz w hipokampie (drobnej strukturze nerwowej umieszczonej w płacie skroniowym kory mózgowej kresomózgowia). Wzrost neuronów następuje poprzez wydłużanie się wypustek komórkowych (aksonów i dendrytów). Wzrost pobudzany jest przez czynnik wzrostu nerwów (NGF, ang. nerve growth factor), proteina, która po urodzeniu jest wydzielana w niewielkich ilościach przez komórki tkanek otaczających neurony. Bierze ona także udział w regeneracji tkanek nerwowych. Kierunek wzrostu komórek nerwowych jest regulowany przez glikoproteiny "podłoża" takie jak kwas hialuronowy oraz osteopontyna — wzdłuż nich wędrują wypustki.
Głównym rezultatem zaburzonej neurogenezy mózgu jest zahamowana migracja młodych neuronów lub niemożność ich powstania. W efekcie tego może dojść do niewłaściwego uformowania się kory mózgowej lub struktur podkorowych. W skrajnych przypadkach zaburzenia rozwojowe mózgu mogą przyjąć postać:

  • bezmózgowia — malformacja polegająca na braku lub na szczątkowym rozwoju mózgowia
  • acefali — malformacja polegająca na niewykształceniu większych partii całego mózgu

W mniejszej skali mogą dotyczyć pojedynczych struktur mózgu (np. kory nowej, móżdżku czy wzgórza) znacznie ograniczając prawidłowe funkcjonowanie mózgu. Niektóre z nich to:

  • schizofrenia
  • epilepsja
  • dysleksja
  • autyzm


Synapsa

Jest to rodzaj połączenia międzykomórkowego; to miejsce komunikacji błony kończącej akson z błoną komórkową drugiej komórki — nerwowej lub komórki efektorowej (mięśniowej lub gruczołowej). Impuls nerwowy jest przeniesiony z jednej komórki na drugą:

  • przy udziale substancji o charakterze neuroprzekaźnika w synapsach chemicznych
  • na drodze impulsu elektrycznego w synapsach elektrycznych

Wyróżnia się następujące rodzaje połączeń:

  • nerwowo-mięśniowe — między komórką nerwową i mięśniową
  • nerwowo-gruczołowe — między komórką nerwową i gruczołową
  • nerwowo-nerwowe — między dwiema komórkami nerwowymi

Chemiczna

Połączenie chemiczne

Synapsy chemiczne odpowiedzialne są za podstawowe przejawy funkcjonowania organizmu, jak na przykład skurcz mięśni, wydzielanie, widzenie (np. acetylocholina, noradrenalina) oraz za złożone odczucia, stany emocjonalne i nastroje (np. serotonina, dopamina). Jest to synapsa, w której sygnały przekazywane są za pośrednictwem cząstek sygnałowych — neurotransmiterów. W połączeniu tym na końcu aksonu występuje buławka — zgrubienie, które dopasowane jest do oddalonej o około 20 nm komórki docelowej (odbierającej sygnał). Po obu stronach szczeliny synaptycznej (w błonie) zawarte są specjalne białka i receptory, które biorą udział w przekazywaniu informacji (impulsów nerwowych). Buławka zawiera:

  • mitochondria
  • mikrotubule
  • neurofilamenty
  • pęcherzyki synaptyczne (średnica: 40-65 nm), okrągłe lub spłaszone

Przestrzeń pomiędzy buławką a komórką odbierającą sygnał nazywana jest przestrzenią synaptyczną, zaś błona komórki "odbiorczej" błoną postsynaptyczną. Impuls nerwowy po dotarciu do buławki powoduje uwolnienie neuroprzekaźników z pęcherzyków. Pęcherzyki synaptyczne powstają w ciele neuronu, skąd są transportowane do buławki lub w cytoplazmie części presynaptycznej. Białka błonowe pęcherzyków kierują je do strefy aktywnej synapsy, która znajduje się bezpośrednio nad błoną presynaptyczną. Tam łączą się ze specjalnym białkiem w błonie presynaptycznej i rozpoczyna się egzocytoza. Proces ten zachodzi na drodze fuzji pęcherzyków transportujących metabolity z błoną komórkową od wewnątrz, co skutkuje wyrzuceniem ich zawartości do środowiska pozakomórkowego. Następnie klatryna odzyskuje błonę pęcherzyka — cząsteczki klatryny są włączane do fragmentu błony, który ma zostać przekształcony i odpączkowany jako pęcherzyk, przy udziale kompleksów białek adaptorowych. Ta odzyskana błona pęcherzyka ulega fuzji z błoną endosomu (w tym samym czasie odłącza się klatryna). Z pęcherzyków synaptycznych uwalniane są neurotransmitery (neuroprzekaźniki). Obecnie znanych jest ok. 60 związków, które pełnią funkcję mediatorów. Najbardziej rozpowszechnionymi neuroprzekaźnikami pobudzającymi są:

  • glutaminian — anion karboksylowy kwasu glutaminowego (organicznego związeku chemicznego z grupy aminokwasów białkowych o charakterze kwasowym)
  • acetylocholina — organiczny związek chemiczny, ester kwasu octowego i choliny; cholina, która przenika z przestrzeni międzykomórkowej do wnętrza neuronów ulega estryfikacji (czyli przyłączeniu reszty kwasu octowego do acetylocholiny przy udziale enzymu acetylotransferazy cholinowej). Powstała acetylocholina jest uwalniana z zakończeń presynaptycznych do przestrzeni synaptycznej przez dopływające impulsy nerwowe; po wydzieleniu z zakończeń presynaptycznych acetylocholina działa na receptory, które znajdują się w zakończeniach postsynaptycznych
  • noradrenalina — hormon z grupy amin katecholowych, pochodna tyrozyny; wewnątrz pnia mózgu noradrenalina produkowana jest w miejscu sinawym (miejsce to reguluje stopień pobudzenia mózgu jak i funkcje automatyczne takie jak termoregulacja); silny stres zaburza działanie miejsca sinawego
  • dopamina — katecholaminowy neuroprzekaźnik
  • serotonina — biologicznie czynna amina, hormon tkankowy
  • histamina — organiczny związek chemiczny, heterocykliczna amina pochodna imidazolu

Głównymi neuroprzekaźnikami hamującymi są:

  • GABA — organiczny związek chemiczny z grupy aminokwasów; istnieją trzy receptory GABA (A, B i C); receptory GABA typu A, obecne są niemal na każdej komórce nerwowej
  • glicyna — najprostszy spośród 20 standardowych aminokwasów wchodzących w skład białek

Cząsteczki neuroprzekaźnika dyfundują przez szczelinę synaptyczną i wiążą się z receptorami w błonie postsynaptycznej. Na błonie postsynaptycznej występują receptory danego neuroprzekaźnika. Przyłączenie neuroprzekaźnika do błony postsynaptycznej powoduje zmianę jej polaryzacji. Uwolnienie neuroprzekaźnika może skutkować:

  • depolaryzacją — gdy przekaźnik zwiąże się z białkiem kanałowym otwieranym/zamykanym, otwiera się kanał umożliwiający dyfuzję jonów sodu do wnętrza neuronu; następuje zmniejszenie elektroujemnego potencjału elektrycznego błony komórkowej spowodowane napływem przez kanały jonowe w błonie komórkowej jonów sodu do cytoplazmy komórki (potencjał zmienia się średnio od -80 mV do +10 mV)
  • hiperpolaryzacją — gdy przekaźnik zwiąże się z białkiem kanałowym otwieranym/zamykanym, co pozwala na wniknięcie do komórki małych jonów z ładunkiem ujemnym; ogólnie hiperpolaryzacja stan nadmiernej polaryzacji błony komórkowej w następstwie zwiększenia elektroujemności wewnątrz komórki; błona komórkowa osiąga wtedy potencjał ok. -80 mV; podczas hiperpolaryzacji komórka nie jest zdolna do przewodzenia impulsu, przekazywania informacji a zatem hamowana jest depolaryzacja
  • zmianą wrażliwości komórki — jeśli neuroprzekaźnik zwiąże się z receptorem nie będącym białkiem kanałowym; powstają wtedy drugorzędowe substancje przekaźnikowe i zmienia się ogólna wrażliwość komórki na depolaryzację; przykładem takiej drugorzędowej substancji może być cAMP; cząsteczki cAMP łączą się z różnymi białkami komórki i wpływają na wiele różnych procesów życiowych oraz na aktywność różnych genów



Neurotransmiter jest uwalniany do przestrzeni synaptycznej zazwyczaj w niewielkim nadmiarze i działają w szczelinie synaptycznej jedynie przez określony czas. Jest to spowodowane istnieniem receptorów na błonie presynaptycznej, które zajmują się zwrotnym ich wychwytem (re-uptake). Część z nich może również ulec rozkładowi. Istnieją pewne substancje, np. Prozac (fluoksetyna), które hamują zwrotną endocytozę serotoniny, zwiększając jej miejscowe stężenie a tym samym poprawiając nastrój i działając antydepresyjnie. Kokaina (metylobenzoiloekgonina) zaś hamuje zwrotną endocytozę dopaminy (w mniejszych dawkach — pobudzenie psychoruchowe, uczucie euforii, omamy; w większych — depresja ośródka oddechowego w pniu mózgu).

Elektryczna (gap junctions, nexus)

Kanały zbudowane z białek zwanych koneksynami, umożliwiający przekazywanie informacji między komórkami za pomocą prądu jonowego
Połączenie elektryczne. Pobudzenie jest przekazywane między komórkami za pomocą transportu jonów przez bezpośrednie kanały

Stanowi bezpośrednie elektryczne połączenie pomiędzy komórkami; w organizmie występują tam, gdzie istnieje potrzeba szybkiego przekazania potencjału czynnościowego bez możliwości sterowania tym przekazem (np. w mięśniach, siatkówce oka, korowej części mózgu, w niektórych częściach mięśnia serca) W synapsach elektrycznych neurony prawie się stykają — kolbka presynaptyczna oddalona jest od kolbki postsynaptycznej o 2 nm. Przekazywanie jest dwukierunkowe, gdyż możliwa jest wędrówka jonów z jednej komórki do drugiej. W błonach obu kontaktujących się komórek w rejonie złącza znajdują się cząsteczki białka (koneksyny, gap-junction channels) tworzące razem tzw. konekson umożliwiający przekazywanie informacji między komórkami za pomocą prądu jonowego (jony nieorganiczne sodu, wapnia, wodoru i inne). Kanały te umożliwiają bezpośredni przepływ jonów pomiędzy dwoma komórkami. Każdy z półkanałów (connexon) składa się z sześciu identycznych podzespołów (connexin). Podzespoły są ułożone tak, że tworzą por pośrodku kanału. Por jest otwarty gdy podzespoły są skręcone względem podstawy. Na otwarcie lub zamknięcie poru może wpływać poziom pH i stężenie Ca2+ w komórce. Synapsy elektryczne mogą mieć również napięciowo-zależne bramki oraz reagować na różne neuroprzekaźniki. Zaletą synaps elektrycznych jest szybkość ich działania (bez opóźnień). Występują w znacznie mniejszej liczbie niż synapsy chemiczne.

Komórki glejowe (neuroglej)

obok komórek nerwowych stanowią drugi składnik tkanki nerwowej.

Mikroglej

Komórki mikrogleju — forma spoczynkowa lub wczesna faza aktywacji — kora mózgowa szczura barwiona lektynami (kolor brązowy); jądra komórkowe podbarwione hematoksyliną (kolor niebieski)
  • stanowi około 5-20% populacji komórek nieneuronalnych w mózgu
  • to szczególny rodzaj makrofagów
  • pochodzenie mezodermalne
  • niewielkie komórki o małych pałeczkowatych jądrach
  • mają wiele mitochondriów, aparat Golgiego i liczne lizosomy
  • występuje w warunkach normalnych w formie spoczynkowej
  • w stanach chorobowych ulegają aktywacji, rozmnażają się i swiększaja swoja objętość
  • główne funkcje fizjologiczne to monitorowanie mikrośrodowiska tkanki, usuwanie umierających neuronów i reakcje w wyniku stwierdzenia obecności obcego antygenu
  • w formie nieaktywnej posiada liczne i długie rozgałęzienia części cytoplazmatycznej komórki
  • w wyniku aktywacji mikrogleju dochodzi do przemian morfologicznych którym towarzyszy: zwiększenie rozmiaru ciała komórki oraz obkurczenie rozgałęzień; na poziomie molekularnym dochodzi do ekspresji białek adhezyjnych oraz reorganizacji cytoszkieletu
  • aktywacja mikrogleju jaką wywołuje uszkodzenie tkanki związana jest ze wzrostem poziomu czynników o funkcji immunologicznej; w rezultacie ze strony aktywowanego mikrogleju dochodzi z jednej strony do indukcji kaskady procesów naprawczych w obrębie uszkodzenie tkanki nerwowej; z drugiej strony procesowi naprawy towarzyszy wtórne uszkodzenie tkanki nerwowej (a szczególnie neuronów co jest efektem nadmiernej produkcji cytokin prozapalnych, np. TNFα, produkowanych przez aktywowany mikroglej)
  • w wyniku kontaktu z uszkodzonym neuronem lub degenerującym połączeniem neuronalnym mikroglej wykazuje zdolność do transformacji w fagocyta — makrofaga mającego za cel usunięcie pozostałości z miejsca uszkodzenia tkanki nerwowej.

Makroglej

  • astrocyty
Astrocyty
    • największe komórki glejowe
    • charakteryzują się nieregularnym kształtem
    • posiadają wypustki rozgałęziające się we wszystkich kierunkach; wypustki zawierają filamenty pośrednie (glikofilamenty), zbudowane z kwaśnego fibrylarnego białka glejowego
    • otaczają cały ośrodkowy układ nerwowy
    • stanowią zrąb dla układu nerwowego
    • biorą udział w tworzeniu bariery krew-mózg — otaczają naczynia krwionośne za pomocą wypustek zakończonych płaską płytką (stopką ssącą); płytka ta wywołuje zmiany w budowie śródbłonka naczyń krwionośnych (mózgowych), sprawiając, że jest on mało przepuszczalny (staje się barierą dyfuzyjną pomiędzy krwią i mózgiem)
    • otaczają synapsy
    • zabezpieczają przed wydostawaniem się neuroprzekaźników poza ich obręb
    • uczestniczą w metabolizmie neuroprzekaźników (takich jak glutaminian, GABA, czy serotonina)
    • tworzą tzw. blizny glejowe (w zniszczonych rejonach mózgu, jeżeli ubytek tkanki nie jest duży)
    • w najnowszych doświadczeniach zaobserwowano, że astrocyty posiadają małe pęcherzyki magazynujące glutaminian (jeden z neuroprzekaźników, za pomocą którego komunikują się neurony); badania zostały przeprowadzone na astrocytach izolowanych z hipokampa; okazało się, że pod wpływem odpowiedniego bodźca chemicznego astrocyty w hodowli mogą, tak samo jak neurony, uwalniać na zewnątrz zawarty w pęcherzykach glutaminian; gwiaździste astrocyty hipokampa posiadają wiele rozgałęzionych wypustek, dlatego najprawdopodobniej pojedynczy astrocyt (z tego obszaru mózgu) może za pomocą glutaminianu oddziaływać na około 140 000 synaps, czyli mogą modulować aktywność bardzo wielu neuronów
Oligodendrocyt
    • występują dwa rodzaje:
      • włókniste — występujące w istocie białej; mają długie wypustki i liczne wiązki glikofilamentów; mają względnie małe jądra, skąpą cytoplazmę
      • protoplazmatyczne — najczęściej występujące w istocie szarej; posiadają cienkie i długie wypustki z pojedynczymi wiązkami glikofilamentów; mają duże pojedyncze jądra; regulują proliferację i różnicowanie komórek nerwowych
  • oligodendrocyty
    • komórki gleju formujące osłonki mielinowe w centralnym układzie nerwowym, co ma podstawowe znaczenie dla efektywności i szybkości przekazywania impulsów w szlakach nerwowych
    • są mniejsze od astrocytów; mają małe jądra
    • zawierają liczne mitochondria i mająrozbudowany aparat Golgiego
    • mają mało elementów cytoszkieletu
    • układają się wzdłuż włókien nerwowych
    • ich liczne wypustki w wyniku kontaktu z aksonem zaczynają obwijać go swoją błoną komórkową w postaci spiralnych zwojów
    • komórki prekursorowe dla oligodendrocytów pozostają rozsiane w centralnym układzie nerwowym stanowiąc pulę komórek uczestniczącą w odnawianiu puli dorosłych oligodendrocytów
    • jeden oligodendrocyt wysyła kilka wypustek i mielinizuje kilka okolicznych aksonów
  • komórki Schwanna (lemocyty)
    • komórka glejowa obwodowego układu nerwowego
    • powstaje przez owinięcie się protoplazmy komórki wokół włókien nerwowych
    • tworząy osłonki nerwowe: osłonkę Schwanna i osłonkę mielinową
    • jedna osłonka pokrywa kilka z nich
    • cytoplazma komórki Schwanna wiąże aksony razem (ale nie pozwala im się dotykać)
    • osłonka mielinowa powstaje tylko na włóknach, które wcześniej miały już osłonkę Schwanna — jest zbudowana z wielokrotnie okręconego wokół aksonu podwójnego fałdu błony komórkowej; osłonka ta spełnia funkcję ochronną dla aksonu, ale przede wszystkim zwiększa tempo przewodzenia impulsów nerwowych (dzięki przewężeniom Ranviera)


Mechanizm propagacji potencjałów aktywacyjnych

A. Wyidealizowany obraz potencjału czynnościowego (iglicowego), pokazujący jego poszczególne fazy. B. Rejestrowane różnymi technikami rzeczywiste potencjały czynnościowe mogą odbiegać od idealnego wzorca

Błona komórkowa aksonu i ciała neuronu zawiera kanały jonowe bramkowane potencjałem, które pozwalają neuronowi na generowanie i propagację impulsu elektrycznego (potencjał aktywacyjny). Impulsy te są wytwarzane i przesyłane przez jony obdarzone ładunkiem takie jak sód (Na+), potas (K+), a także w pewnym stopniu, w różnych tkankach: chlor (Cl-) oraz wapń (Ca2+). Potencj czynnościowy powstaje w komórce nerwowej (we wzgórku aksonowym), skąd potencjał rozprzestrzenia się po powierzchni błony komórkowej (po aksonie). Do zapoczątkowania potencjału czynnościowego niezbędny jest bodziec powyżej określonej wartości progowej, o intensywności wystarczającej do zdepolaryzowania neuronu. Faza depolaryzacji i repolaryzacji potencjału czynnościowego (patrz rysunek) trwa do 1 ms i maksymalną wartością jaką może osiągnąć jest około +30 mV; w trakcie potencjału czynnościowego neurony stają się niepobudliwe (refrakcja bezwzględna)

  • hiperpolaryzacja może trwać kilkadziesiąt milisekund; pobudliwość neuronów jest wtedy zmniejszona (refrakcja względna — komórkę da się pobudzić, ale dużo większym bodźcem)
  • ze względu na okres refrakcji komórki nerwowe człowieka nie mogą generować potencjałów czynnościowych z dowolną częstotliwością (max 100 Hz — 100 impulsów na sekundę)
  • potencjał czynnościowy przemieszcza się z szybkością zależną od oporności i pojemności elektrycznej aksonu; im większa średnica aksonu — tym szybszy sygnał

Przebieg potencjału czynnościowego w komórce nerwowej:

  • jeśli dokomórkowe prądy kationów przeważają nad odkomórkowymi, następuje depolaryzacja od poziomu potencjału spoczynkowego (około -70 mV) do potencjału krytycznego czyli progowego (około -50 mV)
  • po osiągnięciu potencjału progowego, następuje otwarcie bramkowanych elektrycznie kanałów przewodzących odkomórkowo kationy potasowe, oraz kanałów przewodzących kationy sodowe do wnętrza komórki
  • wskutek różnicy potencjałów kationy sodowe szybko napływają do wnętrza komórki, niwelując różnicę potencjałów pomiędzy środowiskiem zewnątrz- i wewnątrzkomórkowym do zera (depolaryzują błonę komórkową) — jest to początek tzw. potencjału iglicowego
  • ze względu na dużą początkową różnicę stężeń, mimo wyrównania potencjałów, kationy sodowe napływają w dalszym ciągu do wnętrza komórki, powodując odwrotną polaryzację błony (dochodzący do +35 mV)
  • w ciągu około 2 ms następuje całkowita inaktywacja kanałów sodowych
  • po rozpoczęciu aktywacji sodowej, w odpowiedzi na depolaryzację, następuje aktywacja potasowa, czyli otwarcie kanałów dla odkomórkowego prądu kationów potasowych — powoduje to zmianę potencjału wnętrza komórki z powrotem na ujemny, czyli repolaryzację (w tym czasie nie jest możliwe ponowne pobudzenie komórki, jest to okres refrakcji bezwzględnej)
  • w czasie trwania potencjału iglicowego, a zwłaszcza pod koniec — proporcje kationów po obu stronach błony są odwrócone (Na+ wewnątrz, K+ na zewnątrz komórki)
  • w ciągu kolejnych kilkudziesięciu milisekund przywracane są proporcje kationów sodowych i potasowych po obu stronach błony komórkowej
  • jednak początkowo błona jest jeszcze w stanie hiperpolaryzacji — różnica potencjałów przekracza wartość spoczynkową (refrakcja względna)
  • depolaryzacja przesuwa się wzdłuż aksonu z prędkością do 100 m/sekundę


W aksonach niemielinowanych potencjał czynnościowy rozchodzi się na zasadzie pobudzania sąsiednich, niepobudzonych rejonów błony. W aksonach mielinowanych pod mieliną potencjał rozchodzi się jak w kablu elektrycznym, w węzłach Ranviera generowany jest potencjał czynnościowy. Ze względu na kablowe właściwości aksonu odległość pomiędzy kolejnymi węzłami nie może być zbyt duża — pomiędzy węzłami wielkość potencjału nie może spaść poniżej wartości progowej. to przerwy, które występują między komórkami osłonki mielinowej. W przewężeniu zostaje wzmocniony impuls sygnału nerwowego. W aksonach mielinowanych osłonka mielinowa wymusza przepływ impulsów od przewężenia do przewężenia, w których błona komórkowa aksonu (zawierająca gęsto rozmieszczone kanały jonowe) nie jest osłonięta mieliną. Powoduje to, iż prąd przenosi się skokowo od węzła zdepolaryzowanego do węzła będącego w spoczynku. Dzięki temu przewodzenie jest znacznie szybsze niż przewodzenie ciągłe we włóknach niezmielinizowanych.


Patologie — przykłady

Stephen Hawking jest jednym z najbardziej znanych pacjentów ze stwardnieniem zanikowym bocznym

Stwardnienie zanikowe boczne

Jest to choroba neuronu ruchowego. Stwardnienie zanikowe boczne (SLA) jest bardzo poważnym schorzeniem centralnego i obwodowego układu nerwowego. Nieprawidłowe funkcjonowanie tej części naszego układu nerwowego, która unerwia mięśnie i steruje ruchami, wpływa na nieprawidłowe funkcjonowanie zarówno części centralnej mózgu, pnia mózgu i rdzenia kręgowego, jak również części obwodowej, która wychodzi z rdzenia kręgowego i poprzez nerwy obwodowe unerwia mięśnie. W mózgu chorych można uwidocznić demielinizację w drogach korowo-rdzeniowych oraz uszkodzenie neuronów (zmiany zajmują pęczki boczne rdzenia).

Upośledzenie nerwów obwodowych:

  • w rogach przednich rdzenia kręgowego — prowadzi do zaniku mięśni, osłabienia mięśni i mimowolnych drżeń mięśni
  • zlokalizowanych w pniu mózgu — osłabione są mięśnie aparatu mowy, żuchwy i przełyku.
  • motorycznych wychodzących się z rdzenia kręgowego — następuje zanik mięśni i osłabienie rąk i nóg względnie dłoni i stóp
  • komórek nerwowych ruchowych, których punktem wyjścia jest kora mózgowa i które poprzez pień mózgu i rdzeń kręgowy utrzymują kontakt z nerwami obwodowymi — prowadzi do wzrostu spastyczności mięśni i porażeń spastycznych (wzmożone reakcje odruchowe)

Choroba ta dotyczy głównie osób starszych.

Demielinizacja w stwardnieniu rozsianym. Barwienie mieliny Klüvera-Barrera, Dostrzegalne odbarwienie w miejscu zmiany

Stwardnienie rozsiane (Sclerosis multiplex, SM)

To demielinizacyjna choroba centralnego układu nerwowego, w której dochodzi do wieloogniskowego uszkodzenia (demielinizacji i rozpadu aksonów) tkanki nerwowej. Głównym celem ataku jest mielina — substancja, z której zbudowane są osłonki komórek nerwowych. Bez tej izolacji komórki nie mogą skutecznie przekazywać sobie sygnałów. Stwardnienie rozsiane jest chorobą dotyczącą neuronów, oligodendrocytów i mikrogleji, w której dochodzi do uszkodzenia otoczki mielinowej wokół wypustek komórek nerwowych. Powoduje to niemożność prawidłowego przekazywania impulsów wzdłuż dróg nerwowych w mózgowiu i rdzeniu kręgowym. Rozsianie procesu patologicznego następuje w różnych miejscach układu nerwowego, jak również w czasie. SM może powodować wiele objawów i zespołów objawów; najczęściej są to zaburzenia ruchowe, czuciowe, móżdżkowe (zaburzenia równowagi), zaburzenia widzenia, zaburzenia autonomiczne, zespoły bólowe oraz objawy psychiatryczne (zaburzenia poznawcze i zaburzenia nastroju). Według teorii immunologicznej w inicjacji procesu zapalnego główną rolę odgrywają komórki T. U chorych regulatorowe limfocyty T posiadają kilku krotnie mniejszą zdolność hamowania podziałów innych limfocytów. Limfocyty rozpoznają mielinę jako obcą substancję i kierują przeciwko niej swoją odpowiedź. We wczesnych okresach choroby zachodzi proces remielinizacji, jednakże oligodendrocyty (które pierwotnie tworzą osłonkę mielinową) nie są w stanie całkowicie odbudować zniszczeń. Nowo utworzona osłonka mielinowa jest cieńsza i często nie pełni funkcji tak dobrze, jak wcześniej.

Obraz histologiczny wyściółczaka, barwienie H-E

Guzy

  • Glejak — nowotworów centralnego układu nerwowego wywodzących się z komórek glejowych. Przykładem może być jego odmiana — wyściółczak — wywodzący się z tkanki wyścielającej światło komór mózgu i kanału środkowego rdzenia kręgowego. Wyściółczak jest dobrze odgraniczoną od otoczenia, guzowatą zmianą wyrastającą do światła komór lub kanału środkowego rdzenia kręgowego. Zmiany wewnątrzczaszkowe zlokalizowane są zazwyczaj w komorze czwartej; mogą zamknąć przepływ płynu mózgowo-rdzeniowego, prowadząc do wzrostu ciśnienia wewnątrzczaszkowego i wodogłowia. Obserwuje się komórki o wydłużonych jądrach, tworzące wypustki cytoplazmatyczne otaczające naczynia krwionośne (tworzą się w ten sposób tzw. pseudorozety okołonaczyniowe) lub puste przestrzenie (rozety ependymalne). Guz przebiega łagodnie, po usunięciu chirurgicznym (problemem jest trudny i niebezpieczny dla chorego dostęp operacyjny) zwykle nie pojawiają się wznowy. Pojawia sią zazwyczaj u dzieci i młodzieży.
  • Nerwiakowłókniak — guz o charakterze nowotworu łagodnego, wywodzący się z komórek Schwanna. Zwykle mnogi, powstaje z osłonek nerwów skóry całego ciała, a także unerwiających narządy wewnętrzne i z nerwów czaszkowych; może ulegać transformacji złośliwej; mikroskopowo składa się ze składników obwodowych pni nerwowych: neurytów, komórek Schwanna, fibroblastów oraz śluzowatego i zdezorganizowanego podścieliska.

Pytania do wykładu

  1. Z jakich komórek złożona jest tkanka nerwowa?
  2. Jakie są główne funkcje tkanki nerwowej?
  3. Omów podział neuronów ze względu na kierunek przekazywania sygnału.
  4. Omów podział neuronów ze względu na kształt.
  5. Omów podział neuronów ze względu na długość wypustek.
  6. Jak zbudowane jest ciało komórki?
  7. Dendryty i neuryt — budowa i funkcje.
  8. Do czego służy osłonka mielinowa w aksonach zmielinizowanych?
  9. W jaki sposób wzrastają neurony?
  10. Jak funkcjonuje synapsa chemiczna?
  11. Jak funkcjonuje synapsa elektryczna?
  12. Jaką funkcję w tance nerwowej pełni mikroglej?
  13. Jakie znasz komórki makrogleju — jakie pełnia funkcje?
  14. Jak działa mechanizm propagacji potencjałów aktywacyjnych?
  15. Wymień i omów znane Tobie patologie układu nerwowego.
Osobiste