Zapisz jako PDF

Spis treści
1 TKANKA NERWOWA
1.1 Układ nerwowy
1.2 Neurony (komórki nerwowe)
1.2.1 Ciało komórki
1.2.2 Wypustki
1.2.3 Wzrost i kształtowanie się neuronów
1.3 Synapsa
1.3.1 Chemiczna
1.3.2 Elektryczna (gap junctions, nexus)
1.4 Komórki glejowe (neuroglej)
1.4.1 Mikroglej
1.4.2 Makroglej
1.5 Mechanizm propagacji potencjałów aktywacyjnych
1.6 Patologie — przykłady
1.6.1 Stwardnienie zanikowe boczne
1.6.2 Stwardnienie rozsiane (Sclerosis multiplex, SM)
1.6.3 Guzy
2 Pytania do wykładu
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
Obrazy
neuronów
(powiększenie
40x, różne
barwienia)
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
Kwas
glutaminowy
Acetylocholina
Noradrenalina
Dopamina
Serotonina
Histamina
GABA
Glicyna
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)
<videoflash>DJe3_3XsBOg&feature=related</videoflash>
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.
<videoflash>ifD1YG07fB8&feature=related</videoflash>
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 korowordzeniowych 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 KlüveraBarrera, 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.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Z jakich komórek złożona jest tkanka nerwowa?
Jakie są główne funkcje tkanki nerwowej?
Omów podział neuronów ze względu na kierunek przekazywania sygnału.
Omów podział neuronów ze względu na kształt.
Omów podział neuronów ze względu na długość wypustek.
Jak zbudowane jest ciało komórki?
Dendryty i neuryt — budowa i funkcje.
Do czego służy osłonka mielinowa w aksonach zmielinizowanych?
W jaki sposób wzrastają neurony?
Jak funkcjonuje synapsa chemiczna?
Jak funkcjonuje synapsa elektryczna?
Jaką funkcję w tance nerwowej pełni mikroglej?
Jakie znasz komórki makrogleju — jakie pełnia funkcje?
Jak działa mechanizm propagacji potencjałów aktywacyjnych?
15. Wymień i omów znane Tobie patologie układu nerwowego.