10.2. Нейроны
Нейрон (neuronum), или нервная клетка, - специализированная клетка нервной системы, ответственная за восприятие, обработку стимулов, проведение импульса и влияние на другие нейроны, мышечные или секреторные клетки. Нейроны выделяют нейромедиаторы и другие вещества, передающие информацию. Нейрон является морфологически и функционально самостоятельной единицей, но с помощью своих отростков осуществляет синаптиче-ский контакт с другими нейронами, образуя рефлекторные дуги - звенья цепи, из которой построена нервная система. В зависимости от функции в рефлекторной дуге различают рецепторные (чувствительные, афферентные), ассоциативные иэфферентные (эффекторные) нейроны. Афферентные нейроны воспринимают импульс, эфферентные передают его на ткани рабочих органов, побуждая их к действию, а ассоциативные осуществляют связь между нейронами. Нейроны отличаются большим разнообразием формы и размеров. Диаметр тел клеток-зерен коры мозжечка равен 4-6 мкм, а гигантских пирамидных нейронов двигательной зоны коры большого мозга - 130- 150 мкм. Обычно нейроны состоят изтела, или перикариона (corpus neu-ronis), и отростков: аксона и различного числа ветвящихся дендритов. По количеству отростков различают униполярные нейроны, имеющие только аксон (у высших животных и человека обычно не встречаются), биполярные, имеющие аксон и один дендрит, и мультиполярные, имеющие аксон и много дендритов (рис. 10.3, 10.4). Иногда среди биполярных ней-
Рис. 10.3. Нейрон (по И. Ф. Иванову): 1 - тело нейрона; 2 - осевой цилиндр; 3 - миелиновая оболочка в разрезе; 4 - ядра нейролеммоцитов; 5 - миелиновый слой; 6 - насечка миелина; 7 - узловой перехват нервного волокна; 8 - нервное волокно, лишенное миелина; 9 - нервно-мышечное (двигательное) окончание; 10 - миелиновые нервные волокна, обработанные осмиевой кислотой
Рис. 10.4. Виды нервных клеток (по Т. Н. Радостиной, Л. С. Румянцевой):
а - униполярный нейрон; б - псевдоуниполярный нейрон; в - биполярный нейрон;
г - мультиполярный нейрон
ронов встречается псевдоуниполярный, от тела которого отходит один общий вырост - отросток, разделяющийся затем на дендрит и аксон (рис. 10.4, б). Псевдоуниполярные нейроны присутствуют в спинномозговых ганглиях, биполярные - в органах чувств. Большинство нейронов мультиполяр-ные. Их форма чрезвычайно разнообразна. Аксон и его коллатерали оканчиваются, разветвляясь на несколько веточек, называемых телодендронами (telodendron), последние заканчиваются терминальными утолщениями.
Трехмерная область, в которой ветвятся дендриты одного нейрона, называется дендритным полем.
Цитоплазма нейрона. Подавляющее большинство нейронов человека содержит одно ядро, расположенное чаще в центре, реже - эксцентрично. Двуядерные и тем более многоядерные нейроны встречаются крайне редко. Исключение составляют нейроны некоторых ганглиев автономной нервной системы; например, в простате и шейке матки иногда встречаются нейроны, содержащие до 15 ядер. Форма ядер нейронов округлая. В соответствии с высокой активностью метаболизма нейронов хроматин в их ядрах отличается низкой степенью конденсации. В ядре имеется одно, а иногда два-три крупных ядрышка. Усиление функциональной активности нейронов обычно сопровождается увеличением объема (и количества) ядрышек.
Хроматофильное вещество (тигроид, или тельца Ниссля). При окрашивании нервной ткани анилиновыми красителями (тионин, толуидиновый синий, крезиловый фиолетовый и др.) в цитоплазме нейронов выявляется в виде базофильных глыбок и зерен различных размеров и формы хромато-фильное вещество (substantia chromatophilica) (см. рис. 10.5, а). Базофильные
Рис. 10.5. Хроматофильное вещество (глыбки Ниссля) и нейрофибриллярный аппарат в нейронах (микропрепараты). Строение секреторного нейрона (по И. Г. Акмаеву): а - хроматофильное вещество (окраска толуидиновым синим по методу Ниссля); б - нейрофибриллы; в - униполярный нейрон (б, в - импрегнация нитратом серебра): 1 - хроматофильное вещество; 2 - аксон; 3 - дендриты; 4 - отросток нейрона; г - секреторный нейрон: 1 - ядро; 2 - канальцы эндоплазматической сети; 3 - скопления канальцев; 4 - комплекс Гольджи; 5 - нейросекреторные гранулы; 6 - митохондрия; 7 - лизосомы; 8 - синапсы; 9 - гемокапилляр; 10 - эпендимный эпителий желудочков мозга; 11 - передняя доля гипофиза
Рис. 10.6. Ультраструктурная организация нервной клетки коры головного мозга (схема по И. Г. Павловой):
1 - плазмолемма; 2 - ядро; 3 - гранулярная эндоплазматическая сеть (хроматофильное вещество); 4 - комплекс Гольджи; 5 - лизосомы; 6 - митохондрии; 7 - нейрофиламенты; 8 - микротрубочки; 9 - дендрит; 10 - аксодендритные синапсы;
11 - аксосоматические синапсы
глыбки локализуются в перикарионах и дендритах нейронов, но никогда не обнаруживаются в аксонах и их конусовидных основаниях - аксональных холмиках. Базофилия глыбок объясняется высоким содержанием рибону-клеопротеидов. Электронная микроскопия показала, что каждая глыбка хроматофильного вещества состоит из цистерн гранулярной эндоплазма-тической сети, свободных рибосом и полисом (рис. 10.6).
Гранулярная эндоплазматическая сеть синтезирует нейросекреторные белки, интегральные белки плазмолеммы и белки лизосом. Свободные рибосомы и полисомы синтезируют белки цитозоля (гиалоплазмы) и неинтегральные белки плазмолеммы нейронов. Для выполнения функций нейронам требуется огромное количество белков. Для аксонов характерен
постоянный ток цитоплазмы от перикариона к терминалям со скоростью 1-3 мм в сутки.
Комплекс Гольджи в нейронах хорошо развит. При световой микроскопии он выявляется в виде различных по форме колечек, извитых нитей, зернышек. Его ультраструктура обычна. Пузырьки комплекса Гольджи транспортируют белки, синтезированные в гранулярной эндоплазматиче-ской сети либо к плазмолемме (интегральные белки), либо в терминали (нейропептиды, нейросекрет), либо в лизосомы (лизосомальные гидролазы и мембраны лизосом).
Митохондрии обеспечивают энергией такие процессы, как транспорт ионов и синтез белков. Нейроны нуждаются в постоянном притоке глюкозы и кислорода с кровью, и прекращение кровоснабжения головного мозга вызывает потерю сознания.
Лизосомы участвуют в ферментативном расщеплении компонентов клетки, рецепторов и мембран.
Из элементов цитоскелета в цитоплазме нейронов присутствуют промежуточные филаменты (нейрофиламенты) диаметром 12 нм, микротрубочки (нейротубулы) диаметром 24-27 нм и актиновые микрофиламен-ты. Пучки нейрофиламентов на препаратах, импрегнированных нитратом серебра, видны на уровне световой микроскопии в виде нитей - нейро-фибрилл, которые являются по существу артефактом (см. рис. 10.5, б, в). Микротрубочки и связанные с ними белки обеспечивают цитоплазмати-ческий транспорт веществ, особенно в аксоне. Промежуточные филаменты выполняют механическую функцию, поддерживая форму тела нейрона и отростков. Актиновые филаменты вместе с другими белками участвуют в изменении формы тела нейрона и отростков (например, в конусе роста).
Дендриты (dendriti) представляют собой ветвящиеся отростки, которые начинаются рецепторами. В своей проксимальной части они содержат те же органеллы, что и тело клетки: глыбки хроматофильного вещества, митохондрии, большое количество нейротубул (микротрубочек) и нейрофиламен-тов. Плазмолемма дендритов имеет рецепторы, вследствие чего они проводят возбуждение к перикариону. За счет дендритов рецепторная поверхность нейрона увеличивается в 1000 раз и более. Так, дендриты грушевидных нейронов (клеток Пуркинье) коры мозжечка увеличивают площадь рецеп-торной поверхности от 250 до 27 000 мкм2, и на поверхности этих клеток обнаруживается до 200 000 синаптических окончаний. Дендриты многих нейронов имеют небольшие выросты - шипики. Это динамические структуры, способные изменять свою форму, размеры, что отражается на синап-тической передаче нервного импульса к телу нейрона.
Аксон (axon) - отросток, по которому импульс передается от тела клетки. Его длина варьирует от нескольких микрометров до метра. Аксон содержит митохондрии, нейротубулы и нейрофиламенты, эндоплазматическую сеть, мультивезикулярные тельца диаметром около 0,5 мкм. Место отхождения аксона от тела нейрона называется аксонным холмиком. Это участок генерации потенциала действия. Здесь располагается большое число ионных каналов в плазмолемме. Ионные каналы могут быть открыты, закрыты или
Рис. 10.7. Функциональные зоны мультиполярного нейрона (по Г. Р. Нобаку, Н. Л. Стромингеру, Р. Демаресту):
I - рецепторный сегмент; II - передающий сегмент; III - эффекторный сегмент. 1 - тело нейрона с ядром; 2 - дендриты; 3 - аксон с миелиновой оболочкой; 4 - мышечное волокно с терминалями аксона; 5 - изменения мембранного потенциала
инактивированы. В покоящемся нейроне мембранный потенциал покоя равен 60-70 мВ. Потенциал покоя создается за счет выведения Na+ из клетки. Большинство Na+- и К+-каналов при этом закрыты. Переход каналов из закрытого состояния в открытое регулируется мембранным потенциалом (рис. 10.7).
В результате поступления возбуждающего импульса на плазмолемме клетки происходит частичная деполяризация. Когда она достигает критического (порогового) уровня, натриевые каналы открываются, позволяя ионам Na+ войти в клетку. Деполяризация усиливается, и при этом открывается еще больше натриевых каналов. Может быть также периполяризация - обратный мембранный потенциал, когда наружная поверхность плазмолеммы заряжается отрицательно, а обращенная к цитоплазме - положительно. Натриевые каналы инактивируются за 1-2 мс. Калиевые каналы также открываются, но медленнее и на более продолжительный срок, что позволяет К+ выйти из клетки и восстановить потенциал до прежнего уровня, иначе может возникнуть гиперполяризация. Через 1-2 мс (рефрактерный период) каналы возвращаются в нормальное состояние, и мембрана может вновь отвечать на стимулы. Итак, распространение потенциала действия обусловлено вхождением в нейрон ионов Na+, которые могут деполяризовать соседний участок плазмолеммы, что в свою очередь создает потенциал действия на новом месте. Особенности передачи нервного импульса в миелиновых нервных волокнах будут изложены после описания их строения.
Аксональный транспорт (аксоплазматический транспорт) - это перемещение веществ от тела в отростки и от отростков в тело нейрона. Он направляется нейротубулами, в транспорте участвуют белки - кинезин и динеин. Транспорт веществ от тела клетки в отростки называется антероградным, к телу - ретроградным. Аксональный транспорт представлен двумя главными компонентами: быстрым компонентом (400-2000 мм в день) и медленным (1-2 мм в сутки). Обе транспортные системы присутствуют как в аксонах, так и в дендритах.
Антероградная быстрая система проводит мембранозные структуры, включая компоненты мембраны, митохондрии, пузырьки, содержащие пептиды, предшественники нейромедиаторов и другие белки. Ретроградная быстрая система проводит использованные материалы для деградации в лизосомах, распределения и рециркуляции и, возможно, факторы роста нервов. Нейротубулы - органеллы, ответственные за быстрый транспорт, который называется также нейротубулоза-висимым. Когда нейротубулы разрушены, быстрый транспорт прекращается. АТФ и Са2+ обеспечивают эти движения. На одной нейротубуле пузырьки могут обгонять другие пузырьки, движущиеся в том же направлении. Одновременно по одной нейротубуле могут двигаться два пузырька в противоположных направлениях. Медленный транспорт - это антероградная система, проводящая белки и другие вещества для обновления и поддержания аксоплазмы (цитозоля) зрелых нейронов и обеспечения аксоплазмой роста аксонов и дендритов при развитии и регенерации.
Аксональный транспорт есть выражение единства нейронов. Благодаря ему поддерживается постоянная связь между телом клетки (трофическим центром) и отростками. С его помощью тело клетки информировано о метаболических потребностях и условиях дисталь-ных частей. При поглощении экстрацеллюлярных веществ, таких как фактор роста нервов, с последующим ретроградным транспортом, тело клетки может «оценивать» окружающую среду. Однако ретроградный транспорт имеет отрицательное свойство. С ним нейротропные вирусы, такие как вирус бешенства, доставляются в ЦНС. Дефект нейро-тубул может быть причиной некоторых неврологических нарушений у человека.
Секреторные нейроны
Способность синтезировать и секретировать биологически активные вещества, в частности медиаторы (ацетилхолин, норадреналин, серотонин и др.), свойственна всем нейронам. Однако существуют нейроны, специализированные преимущественно на выполнении этой функции, - секреторные нейроны (neuronum secretorium), например клетки нейросекреторных ядер гипоталамической области головного мозга (см. рис. 10.5, г). Секреторные нейроны имеют ряд специфических морфологических признаков. Это крупные нейроны. Хроматофильное вещество преимущественно располагается по периферии тела клеток. В цитоплазме нейронов и в аксонах находятся различной величины гранулы секрета - нейросекрета (substantia neurosecretoria), содержащие белок, а в некоторых случаях липиды и поли-
сахариды. Гранулы нейросекрета выводятся в кровь или цереброспинальную жидкость. Многие секреторные нейроны имеют ядра неправильной формы, что свидетельствует об их высокой функциональной активности. Нейросекреты играют роль нейрорегуляторов, участвуя во взаимодействии нервной и гуморальной систем интеграции.
10.3. НЕЙРОГЛИЯ
Нейроны - высокоспециализированные клетки, существующие и функционирующие в строго определенной среде. Такую среду им обеспечивает нейроглия (neuroglia). Нейроглия выполняет следующие функции: опорную, трофическую, разграничительную, поддержания постоянства среды вокруг нейронов, защитную, секреторную. Различают глиюцентральной и периферической нервной системы (рис. 10.8-10.10).
Рис. 10.8. Глиоциты различных видов (по Т. Н. Радостиной и Л. С. Румянцевой):
1 - эпендимоциты; 2 - протоплазматические астроциты; 3 - волокнистые астроци-
ты; 4 - олигодендроциты; 5 - микроглия
Глия центральной нервной системы. Клетки глии центральной нервной системы делятся на макроглию (глиоциты) имикроглию. Макроглия развивается из глиобластов нервной трубки. К макроглии относятся эпендимоциты, астроциты и олигодендроциты.
10.3.1. Макроглия
Эпендимоциты (ependymocyti) выстилают желудочки головного мозга и центральный канал спинного мозга (рис. 10.11). Это клетки цилиндрической формы. Они образуют слой типа эпителия. Между соседними клетками имеются щелевые соединения и пояски сцепления, но плотные соединения отсутствуют, так что цереброспинальная жидкость может проникать между ними в нервную ткань. Большинство эпендимоци-тов имеют подвижные реснички, вызывающие ток цереброспинальной жидкости. Базальная поверхность большинства эпендимоцитов ровная, но некоторые клетки имеют длинный отросток, идущий глубоко в нервную ткань, и почти лишены ресничек. Такие клетки называются таницитами.Они в большом количестве содержатся в дне III желудочка. Считается, что эти клетки передают информацию о составе цереброспинальной жидкости на первичную капиллярную сеть воротной системы гипофиза. Эпендимный эпителий сосудистых сплетений желудочков продуцирует цереброспинальную жидкость. Цитоплазма эпендимоци-тов содержит многочисленные митохондрии, комплекс Гольджи, расположенный над ядром и слаборазвитую гранулярную эндоплазмати-ческую сеть.
Рис. 10.9. Участие глиоцитов в образовании миелиновых волокон в центральной (а) и периферической (б) нервной системе (по К. Л. Хунквейра, Х. Карнейро, P. O. Келей):
1 - дендриты; 2 - синапс; 3 - перика-рион; 4 - аксонный холмик; 5 - аксон; 6 - миелин; 7 - олигодендроцит; 8 - узловой перехват; 9 - нейролеммоци-ты (шванновские клетки); 10 - нейро-мышечное соединение
Астроциты (astrocyti, от греч. astron - звезда, kytos - клетка) - клетки отростчатой формы, бедные органеллами. Они выполняют в основном опорную, разграничи-
Рис. 10.10. Взаимоотношения нейрона, астроглии, олигодендроглии и нервных тер-миналей (по Г. Р. Нобаку, Н. Л. Стромингеру, Р. Д. Демаресту):
1 - тело нейрона; 2 - дендриты; 3 - аксон; 4 - астроцит; 5 - олигодендроцит; 6 - аксоаксональный синапс; 7 - аксодендритный синапс; 8 - аксосоматический синапс; 9 - капилляр; 10 - периваскулярная ножка астроцита
Рис. 10.11. Эпендимоциты желудочка мозга (по Г. Р. Нобаку, Г. Л. Стромингеру, Р. Д. Демаресту):
1 - полость желудочка; 2 - эпендимоциты; 3 - капилляры сосудистого сплетения; 4 - головной мозг; 5 - мягкая оболочка мозга; 6 - паутинная оболочка; 7 - субарах-ноидальное пространство; 8 - нейроны
Рис. 10.12. Олигодендроцит и образование слоев миелина в нервных волокнах ЦНС (по Бунге и др.):
1 - олигодендроцит; 2 - нервные волокна; 3 - цитоплазма олигодендроцита; 4 - аксон; 5 - межклеточное пространство
тельную и метаболические функции (см. рис. 10.10). Различают протоплаз-матические астроциты (astrocyti protoplasmatici),локализующиеся в сером веществе ЦНС, и волокнистые астроциты (astrocyti fibrosi), присутствующие в белом веществе.
Протоплазматические астроциты характеризуются короткими сильно ветвящимися отростками и светлым сферическим ядром. Волокнистые астроциты имеют 20-40 длинных, слабо ветвящихся отростков, в которых много фибрилл, состоящих из промежуточных филаментов диаметром
10 нм. В филаментах выявляется глиальный фибриллярный кислый белок. Отростки астроцитов тянутся к базальным мембранам капилляров, к телам и дендритам нейронов, окружая синапсы и отделяя их друг от друга (см. рис. 10.8, 10.12), а также к мягкой оболочке мозга, образуя пиоглиальную пограничную мембрану, граничащую с субарахноидальным пространством. Подходя к капиллярам, их отростки образуют расширенные «ножки», полностью окружающие сосуд. Астроциты накапливают и передают вещества от капилляров к нейронам, захватывают избыток экстрацеллюлярного калия и других веществ, таких как нейромедиаторы, из экстрацеллюлярного пространства после интенсивной нейрональной активности.
Олигодендроциты (oligodendrocyti имеют более мелкие по сравнению с астроцитами и более интенсивно окрашивающиеся ядра. Их отростки немногочисленны. Олигодендроциты присутствуют как в сером, так и в белом веществе. В сером веществе они локализуются вблизи перикарионов. В белом веществе их отростки участвуют в образовании миелинового слоя в миелиновых нервных волокнах, причем в противоположность нейролеммо-цитам периферической нервной системы один олигодендроцит может участвовать в миелинизации нескольких аксонов (см. рис. 10.8, рис. 10.12).
Один отросток формирует миелиновый слой одного межузлового сегмента. Цитоплазма олигодендроцитов электронно-плотная, содержит много митохондрий, хорошо развитый комплекс Гольджи, цистерны гранулярной эндоплазматической сети, многочисленные микротрубочки.