Нейрон. Структурно-функциональная характеристика

Размещено на http://www.allbest.ru/

Нейрон. Структурно-функциональная характеристика

Нейрон, или нейроцит, состоит из тела и отростков. У каждого нейрона есть один длинный, обычно не ветвящийся или слабо ветвящийся аксон, по которому возбуждение передается от одного нейрона к другому. Аксон, однако, может сильно ветвиться на дальнем от тела конце. Эти ветвления аксона называют аксонными терминалями (окончаниями), или телодендроном.

Место нейрона, от которого начинается аксон, имеет особое функциональное значение и называется аксонным холмиком. Здесь, по сути, решается возможность формирования сигнала, который будет передан другим клеткам. Этот сигнал генерируется как потенциал действия, который представляет собой специфический электрический ответ мембраны возбудившейся нервной клетки. Функцией же аксона является проведение нервного импульса к аксонным терминалям. По ходу аксона могут образовываться его ответвления - коллатерали. Коллатерали могут возвращаться в тот же нервный центр, в котором находится клетка, или связывать ее с соседними областями. Дендриты не обязательны, но обычно нейрон (кроме униполярных или одноотростчатых клеток) содержит от одного до множества дендритов. Основной функцией дендритов является сбор информации от множества других нейронов.

Нейроны новорожденного имеют меньшее число дендритов (межнейронных связей). С возрастом их содержание неуклонно увеличивается, что сопровождается возрастанием массы мозга, которое интенсивно продолжается в ранние постнатальные сроки онтогенеза и затягивается вплоть до полового созревания. У человека увеличение массы мозга продолжается до 30-35 лет.

Большинство аксонов нервной системы позвоночных покрывается миелином. Миелинизацию аксонов осуществляют клетки глии. В центральной нервной системе эту роль выполняют олигодендроциты, в периферической - нейролеммоциты.

Основным свойством нейрона является способность возбуждаться (генерировать электрический импульс) и передавать (проводить) это возбуждение к другим нейронам и клеткам периферических органов.

Форма и размеры нейронов, длина их отростков весьма вариабельны. Диаметр перикариона (тела) нейрона колеблется от 5-8 до 100- 120 мкм. Нейрон может иметь звездчатую, веретеновидную, пирамидную, округлую, грушевидную, овальную и иную форму. Отличаются нейроны и по числу отростков, подразделяясь на униполярные, псевдоуниполярные, биполярные и мультиполярные. В свою очередь мультиполярные клетки могут отличаться числом и разветвленностью дендритов, формой образуемого ими дендритного дерева (распространенностью ветвлений этих отростков в объеме нервной ткани), длиной и распределением отростков нейронов.

На световом уровне при общих методах окрашивания тела нервных клеток имеют оксифильную цитоплазму, крупное ядро округлой или овальной формы. Ядро занимает центральное положение, но иногда смещается к одному из полюсов нейрона, что чаще всего связано с реактивными процессами. В ядре хорошо развито одно или несколько ядрышек. В части нейронов можно видеть два и более ядра (до 10-15). Как правило, это характерно для вегетативных узлов, особенно встроенных в структуру внутренних органов (внутриорганные или интрамуральные ганглии, особенно органов на уровне таза). Такие многоядерные клетки, по сути, являются редуцированными проявлениями клеточной пролиферации, не завершившихся полноценным делением. Кариоплазма отличается преобладанием диффузного (слабо конденсированного) хроматина. Нейроны имеют высокое сродство к солям серебра (аргирофильность). Специфичными для нейрона структурами цитоплазмы на светооптическом уровне являются хроматофильное вещество цитоплазмы и нейрофибриллы. Хроматофильное вещество цитоплазмы (субстанция Ниссля, тигроид, базофильное вещество) проявляется при окрашивании нервных клеток основными красителями (метиленовым синим, толуидиновым синим, гематоксилином и т. д.) в виде зернистости. Зернистость может быть в виде крупных глыбок неправильной формы, иметь сетевидное строение или в виде мелкой зернистости. Это зависит от типа нейрона (крупные нейроны обычно имеют более крупные глыбки) и от его функционального состояния. На электронно-оптическом уровне хроматофильное вещество цитоплазмы есть не что иное, как скопления цистерн гранулярной эндоплазматической сети. Эти органеллы отсутствуют в аксоне и в аксонном холмике, но имеются в начальных сегментах дендритов. Поэтому тигроид не виден в начале аксона, но прослеживается в дендритах, что позволяет идентифицировать вид отростков. Процесс разрушения или распада глыбок хроматофильного вещества цитоплазмы называется тигролизом и наблюдается при реактивных изменениях нейронов (например при повреждении) и их гибели. Тигролиз нередко сопровождается вакуолизацией цитоплазмы, при этом уплощенные цистерны ЭПС разбухают, а цитоплазма приобретает вспененный вид.

Нейрофибрилла - эта структура, выявленная в нейроне одной из первых при помощи классических методов импрегнации серебром. Интересен тот факт, что картина, наблюдаемая нами под микроскопом при импрегнации препаратов нервной ткани, по сути, является множеством артефактов, поскольку этот эффект возникает посмертно, в результате осаждения грубого осадка металла на органеллах цитоскелета нейрона. Основой для выявления нейрофибрилл являются нейрофиламенты и нейротубулы, формирующие каркас нервной клетки. Нейрофибриллы видны как нежная сеть волокон в цитоплазме нервных клеток. Кроме того, в нейронах довольно часто можно видеть липидные включения (зерна липофусцина). Они характерны для старческого возраста и часто появляются при дистрофических процессах. Зерна липофусцина являются остаточными тельцами, возникающими в результате неполного переваривания. Их накопление может приводить к нарушению нормальных метаболических процессов в клетках и их гибели. В ряде нейронов в норме обнаруживаются пигментные включения (например с меланином), что обуславливает окрашивание нервных центров, содержащих подобные клетки (черная субстанция, голубоватое место, красное ядро).

Субмикроскопическое строение и некоторые цитофизиологические особенности тела нейрона. Несмотря на крайнее разнообразие морфологии нейронов, они имеют ряд общих черт строения. Ядра нейронов, особенно крупноклеточных, имеют округлую или овальную форму. Кариолемма часто формирует впячивания, что может значительно увеличивать площадь контакта поверхности ядра с цитоплазмой (нейроплазмой). Ядерная оболочка имеет большое количество ядерных пор, что указывает на активные процессы обмена, в том числе с РНК и субъединицами рибосом. Кариоплазма в крупных нейронах светлая. Но в мелких нервных клетках можно видеть и повышенную склонность к осаждению солей осмия (осмиофильность) и темное ядро. Данные особенности на светооптическом уровне проявляются в гипохромности или гиперхромности ядер (т. е. пониженной или повышенной склонности к окрашиванию ядерными красителями). Хорошо развит ядрышковый аппарат. В ядре обычно имеется 1-2 крупных умеренной плотности ядрышка, занимающих центральное положение. В мелких нервных клетках ядрышки мельче, их может быть до 3-6 и более. При реактивных проявлениях в клетке можно наблюдать смещение ядрышка к одному из краев ядра и его распад.

Матрикс цитоплазмы (нейроплазмы) гомогенный или мелкозернистый, слабой или умеренной электронной плотности. В нейроне сильно развита гранулярная ЭПС, представленная скоплениями или диффузно расположенными плоскими цистернами и трубочками. Как уже указывалось выше, гранулярная ЭПС преобладает в теле и может содержаться в начальных сегментах дендритов. За ней закреплено участие в процессах синтеза медиаторов и модуляторов, мембранных белков и т. д. Кроме связанных имеется и значительное число свободных полисом и рибосом (Питерс А., Полей С., Уебстер Г., 1972).

В нейронах хорошо развиты митохондрии. Они средних и больших размеров (диаметр 1-3 мкм), овальной или нитчатой формы, кристы имеют трабекулярное строение. Нейроны в энергетическом отношении крайне зависимы от аэробного окисления и во взрослом состоянии фактически неспособны к анаэробному гликолизу. В то же время тела нейронов имеют весьма высокую энергетическую активность. Эта активность многократно превышает таковую в зонах прилежащего нейропиля, и особенно белого вещества. В сером веществе нередко высокой активностью энергопотребления характеризуются участки скоплений синапсов. В то же время распределение кислорода и глюкозы с учетом возможностей транспорта из кровеносных сосудов и уровня потребления таково, что их запасы истощаются за секунды после прекращения кровотока (Васильев Ю.Г., Чучков В.М., 2003). В связи с этим нервные клетки находятся в выраженной зависимости от поступления кислорода и глюкозы и при нарушении кровотока практически сразу прекращают свою жизнедеятельность. Момент прекращения кровотока в головном мозге означает начало клинической смерти. Практически сразу же начинаются процессы саморазрушения в нейронах и прекращается их специфическая функциональная активность. Их мембраны деполяризуются. Митохондрии, ЭПС, ядерные оболочки набухают, а затем разрушаются. Начинаются процессы аутолиза и перекисного окисления. При мгновенной смерти при комнатной температуре и нормальной температуре тела процессы саморазрушения в нейронах обратимы в течение 5-7 минут. Это и является сроком так называемой клинической смерти, когда возможно оживление организма. Необратимые изменения в нейронах жизненно важных центров, например дыхательного и сосудодвигательного, приводят к переходу клинической смерти в биологическую.

В нейронах значительного развития достигает комплекс Гольджи. Он может располагаться компактно или быть рассеян в цитоплазме тела нейрона. Специфическими органеллами нейрона являются нейрофиламенты и нейротубулы.

Нейрофиламенты представляют собой промежуточные филаменты диаметром 8-10 нм, образованные фибриллярными белками (белками так называемого нейрофибриллярного триплета, или нейрофибриллярными кислыми белками). Основными функциями данной органеллы являются опорно-каркасная, обеспечение стабильной формы нейрона и нервной системы в целом. Аналогичную роль играют тонкие микрофиламенты (поперечный диаметр 6-8 нм), содержащие белки актины. В отличие от подобных микрофиламентов в других тканях и клетках, они не соединяются с микромиозинами, что делает невозможным активные сократительные функции в зрелых нервных клетках.

Нейротубулы по основным принципам своего строения практически не отличаются от микротрубочек. Они, как и все микротрубочки, имеют поперечный диаметр около 24 нм и на поперечном разрезе сформированы 13 молекулами глобулярных белков тубулинов. Как и везде, они поляризованы. В отличие от большинства микротрубочек в других клетках, нейротубулы весьма стабильны. Тубулин в них находится в метилированной форме и нередко кэпирован (концы нейротубул прикрыты белковыми молекулами, функция которых заключается в стабилизации нейротубул и предохранении их от разрушения). В нервной ткани они выполняют очень важную, если не сказать, уникальную роль. Они несут опорно-каркасную функцию, обеспечивают процессы циклоза, направляя органеллы и включения. Полярность органеллы, в которой имеется отрицательно и положительно заряженный конец, позволяет контролировать диффузионно-транспортные потоки в аксоне (так называемый быстрый и медленный аксоток). Кроме того, значительное число нейрофизиологов приписывает микротрубочкам роль хранилища поступающей в мозг информации.

В цитоплазме тел нейронов часто встречаются лизосомы. Они участвуют в пластических процессах, осуществляя катаболизм (разрушение) старых органелл и структур. В результате переваривания образуются остаточные тельца, включая липофусцин. Избыточное накопление липофусцина может приводить к дистрофическим процессам в нейроне, к нарушению его специфической активности и даже гибели. Такие явления характерны для старческих изменений и при различных патологических воздействиях. В теле нейронов можно видеть также транспортные пузырьки, часть которых содержит медиаторы (нейромедиаторы) и модуляторы, окруженные мембраной. Их размеры и строение зависят от содержания того или иного вещества. Достигнув окончания аксона, медиаторы накапливаются в синаптических пузырьках. Обычно зрелый нейрон синтезирует и выделяет лишь один медиатор, в соответствии с этим он имеет название. Например, серотонинергический нейрон образует и выделяет серотонин, дофаминергический - дофамин, холинергический - ацетилхолин и т. д.

Дендриты при световой микроскопии видны как короткие, зачастую сильно ветвящиеся отростки нейрона. Их ветвления более выражены в терминальных областях. Распространение дендритного дерева может быть ограничено областью нервного центра, в котором располагается нейрон, или прилежащими зонами. Дендриты в своих начальных сегментах содержат органеллы, характерные для тела нейрона, и фактически являются его продолжением. В частности, можно видеть цистерны гранулярной ЭПС, в результате чего на световом уровне в них видна хроматофильная субстанция. Хорошо развит цитоскелет, поддерживающий форму отростков.

Аксон, или нейрит, чаще всего длинный, слабо ветвится или не ветвится. Уже в начальном сегменте аксона, в отличие от дендрита, в нем отсутствует гранулярная ЭПС. Микротрубочки и микрофиламенты располагаются упорядоченно и на поперечных срезах нередко принимают форму решетки. В цитоплазме аксона видны митохондрии, транспортные пузырьки. Аксоны в основном миелинизированы (в ЦНС - олигодендроцитами, в периферической нервной системе - леммоцитами). Начальный сегмент аксона расширен и имеет название аксонного холмика. Именно в зоне аксонного холмика происходит временная и пространственная суммация поступающих в нервную клетку сигналов, и если возбуждающие сигналы достаточно интенсивны, то в аксоне формируется потенциал действия и волна деполяризации (нервный импульс) направляется вдоль аксона, передаваясь на другие клетки.

От отростков нейронов, а нередко и от его тела, отходят небольшие выпячивания, которые имеют форму, напоминающую шипики, откуда и получили свое название. Особенно развиты они на некоторых нервных клетках в составе ЦНС. Шипики являются постсинаптическими структурами и соответствуют зонам взаимодействия нервных клеток с другими. Они имеют элементы цитоскелета, митохондрии. Нередко видны уплощенные цистерны и электронно-плотное вещество мембраны.

Аксоток (аксоплазматический транспорт веществ). Нервные волокна, как уже указывалось выше, имеют микротрубочки, по которым перемещаются вещества от тела нервной клетки к периферии (антероградный аксоток) и от периферии к центру (ретроградный аксоток). Направление аксотока обеспечивает полярность микротрубочек. В нем участвует белок кинезин, взаимодействующий с тубулином микротрубочек и осуществляющий транспорт с затратой энергии АТФ. Различают быстрый (со скоростью 100-1000 мм/сут.) и медленный (со скоростью 1-10 мм/сут.) аксоток (Куффлер С., 1979).

Быстрый аксоток одинаков для различных волокон и разных маркеров. Он требует значительной концентрации АТФ, что связано с высокими энергозатратами для его осуществления, и происходит в составе транспортных пузырьков. Быстрый аксоток осуществляет транспорт медиаторов и модуляторов.

Медленный аксоток связан с распространением от центра к периферии биологически активных веществ, а также составляющих компонентов мембран клеток и белков. Благодаря медленному антероградному току биологически активные вещества осуществляют дифференциацию скелетных мышц, что имеет большое биологическое значение. За счет ретроградного тока нейротропные вещества поступают от периферии к центру, оказывая трофическое влияние на саму нервную клетку. В частности, известно, что при перерезке двигательных нервов происходит лизис нейронов. Доказано, что за счет ретроградного тока в ЦНС могут поступасть различные токсические вещества.

Главную роль в возбуждении нейрона играют ионные каналы и насосы мембраны. Одни насосы работают постоянно: откачивают из нейрона ионы натрия и накачивают в цитоплазму ионы калия, обозначаясь как натрий-калиевые ионные насосы. Для их функции постоянно требуется энергия. В результате деятельности этих насосов концентрация ионов калия внутри клетки примерно в 30 раз превышает их концентрацию вне клетки, тогда как концентрация ионов натрия в клетке очень небольшая - примерно в 50 раз меньше, чем снаружи клетки. Между цитоплазмой и внешней средой на мембране клетки в состоянии покоя возникает потенциал: цитоплазма клетки заряжается отрицательно на величину около 70 мВ относительно внешней среды клетки. Этот потенциал обозначается как потенциал покоя. Он сохраняется в отсутствие ионов натрия, но зависит от концентрации ионов калия (Шульговский В.В., 1987; С. Гроф, 2000; Pribram K.H., 1991).

Основная роль в возбуждении принадлежит открытию ионных каналов, благодаря которым ионы натрия способны проникать в цитоплазму клетки, а ионы калия, в свою очередь, диффундировать по градиенту концентрации в межклеточное вещество.

Пространственная конфигурация белка, формирующего натриевый канал, зависит от потенциала плазмолеммы, открывая возможность для перемещения ионов при достижении потенциала определенной величины. Этот канал называется потенциалзависимым. Таким образом в нейрон поступают положительно заряженные ионы натрия. Другими словами, через мембрану будет протекать входящий ток ионов натрия, который сместит потенциал мембраны в сторону деполяризации, т. е. уменьшит поляризацию мембраны. Чем больше ионов натрия войдет в цитоплазму нейрона, тем больше его мембрана деполяризуется (Wang H.-S., McKinnon D., 1995).

Потенциал на мембране увеличится, открывая все большее количество натриевых каналов. Но он будет расти не бесконечно, а только до тех пор, пока не станет равным примерно +55 мВ. Этот потенциал соответствует присутствующим в нейроне и вне его концентрациям ионов натрия, поэтому его называют натриевым равновесным потенциалом. Вспомним, что в покое мембрана имела потенциал -70 мВ, тогда абсолютная амплитуда потенциала составит величину около 125 мВ. Мы говорим «около», «примерно» потому, что у клеток разного размера и типа этот потенциал может несколько отличаться, что связано с формой этих клеток (например количеством отростков), а также с особенностями их мембран. Таким образом, выражением возбуждения нейрона является генерация на мембране нейрона потенциала действия. Его длительность в нервных клетках составляет величину около 1 мс (Сахаров Д.А., 1974; Hines M.L., Carnevale N.T., 2003).

Кроме генерации потенциала действия, нейрон способен передавать его на весьма значительное расстояние. Осуществляется эта передача по отросткам, в первую очередь по аксонам. Аксоны являются основой для формирования нервных волокон, которые в ЦНС образуют тракты, а на периферии объединяются в нервы (Ходжкин А., 1965; Кэндел Э., 1980). Нервные волокна часто окружены специализированными клетками - нейроглией, способной образовывать оболочки из многократно концентрически расположенных мембран - миелина, который значительно ускоряет проведение импульса за счет сальтаторного механизма.

Миелин формируется до и в ранние сроки после рождения, но утолщение волокон осуществляется вплоть до 30 лет. В ходе миелинизации нейролеммоцит или отросток олигодендроцита оборачивается вокруг аксона, образуя многослойную оболочку вокруг него. Миелинизации не подвергается область аксонного холмика и концевые участки аксона. Фактически оборачивается участок сдвоенной мембраны глиоцита, который является частью инвагинации плазмолеммы. Расширенная зона такой инвагинации в безмиелиновом волокне непосредственно охватывает участок аксона. Суженный участок носит название мезаксона. Многократно оборачивающийся вокруг отростка мезаксон и составляет миелин. Таким образом, миелиновая оболочка аксона состоит из плотно упакованных, перемежающихся липидных и белковых мембранных слоев мезаксона. Аксон не полностью покрыт миелином. Участки между такими перерывами называются узлами и окружены одним глиоцитом. Перерывы между узлами называются межузловыми перехватами (перехватами Ранвье). Ширина такого перехвата от 0,5 до 2,5 мкм. Миелин обладает свойствами изолятора, и собственно переключение мембранного потенциала происходит только в участках между миелиновыми оболочками. Зоны межузловых перехватов соответствуют участкам контактов соседних глиоцитов. Функция перехватов связана с имеющимися в их составе ионными каналами и насосами, которые способны к перераспределению ионов между внутриклеточным и межклеточным пространствами. Вследствие этого потенциал действия (возбуждение) «перескакивает» через участки изолированной мембраны, и такой способ передачи возбуждения называется дискретным (прерывистым или скачкообразным, сальтаторным), в отличие от безмиелиногого нервного волокна, где возбуждение распространяется непрерывно и намного медленнее.

Кроме потенциала действия в возбудимых тканях выделяют еще один важный способ передачи информации - так называемые локальные градуальные потенциалы. Градуальные сигналы зависимы от места воздействия и могут быть обусловлены внешними влияниями, межсинаптической передачей. Динамика сигналов взаимозависима от интенсивности раздражителя и характеристик нейрона. В отличие от потенциала действия градуальные сигналы различаются по интенсивности и длительности. Важнейшим отличительным свойством градуального сигнала является то, что он проводится вдоль клетки пассивно, с использованием механизмов локального перераспределения ионов. Сложность такой передачи заключается в весьма малом диаметре волокон и высоком сопротивлении. В результате такие сигналы относительно быстро затухают при передаче сигнала на большое расстояние. В целом ситуацию можно сравнить с распространением кругов на воде. Градуальные сигналы могут быть существенными при локальных межнейронных взаимодействиях на расстоянии не более 1-2 мм между нейронами внутри отдельного нервного центра. В формировании градуальных потенциалов наряду с химическими могут играть существенную роль электрические синапсы.

Если потенциал действия функционирует по принципу «все или ничего», то градуальные сигналы могут существенно различаться по интенсивности. Собственно суммация многих градуальных сигналов лежит в основе последующего образования потенциала действия. Таким образом, процесс анализа, суммации и реакций нейронов лежит в основе формирования сигналов действия и ответов нервных клеток. Влияние на градуальные сигналы могут оказывать не только нейроны, но и непосредственное глиальное окружение (Ходжкин А., 1965), особенно на фоне того, что межклеточного вещества в ЦНС фактически нет, а пространство между нейронами и глией представлено всего лишь узкими щелями, имеющими крайне небольшой объем, ионный состав которого вследствие этого может быстро изменяться как под воздействием активности нейронов, так и глии. Это оказывает модулирующее влияние на проведение волн деполяризации и градуальных потенциалов, целиком и полностью зависящих от ионных токов, а также от концентрации и распределения самих ионов.

После передачи возбуждения в участке, его передавшем, возникает зона невозбудимости (рефрактерности), в то время как до этого в интактной зоне развивается потенциал действия. Эта последовательность событий повторяется для каждого последующего участка. На каждое такое возбуждение требуется время, соответственно, чем оно меньше, тем большее количество потенциалов действия может проводить нервное волокно за единицу времени. Степень миелинизации волокна и его диаметр являются одними из главных факторов, определяющих скорость проведения возбуждения. В немиелинизированных волокнах она прямо пропорциональна их диаметру, но их диаметр обычно невелик, и скорость проведения возбуждения, как правило, колеблется в пределах от 0,3-0,5 до 2-2,5 м/с (Николлз Д. и др., 2003), тогда как в крупных миелинизированных аксонах может достигать 120 м/с. У млекопитающих и птиц природа сохранила немиелинизированными постганглионарные нервные волокна, которые регулируют деятельность внутренних органов. Практически все нервные волокна в центральной нервной системе являются миелиновыми.

В ЦНС аксоны, образуя параллельно лежащие пучки, носят название путей, или трактов. В трактах, в отличие от периферии, одна миелинобразующая клетка (олигодендроглиоцит) своими отростками окружает сразу несколько нервных волокон, часто лежащих на расстоянии нескольких десятков мкм друг от друга.

Рядом интересных особенностей обладает и хроматин нейронов. Он отличается значительным разнообразием негистоновых белков и особенностями организации нуклеосом, что, вероятно, сопровождается особенностями считывания генетической информации с ДНК. Это сочетается с определенными особенностями сплайсинга, что ведет к модификациям образуемых клетками полипептидных цепочек (Suzuki K., 1993).

В нейронах млекопитающих экспрессируется несколько десятков тысяч уникальных генов. При этом различные популяции нейронов способны экспрессировать различные группы генов, они могут частично перекрываться, но не повторяются в нейронах с разной специализацией (Borrelli E. et al., 2008). Это обеспечивает столь высокое разнообразие морфо-функциональной организации нервных клеток. Специализация нейронов является основой функции мозга. В числе прочего, специализация предполагает местоположение, специфический набор синаптических связей (весьма многочисленных), ведущий медиатор и набор модуляторов, структурные особенности, специфику биохимических процессов, соответствующий набор рецепторов, особенности ионных каналов и т. д. (Мак-Фарленд Д., 1988; Корочкин Л.И., Михайлов А.Т., 2000). Понятно, что этот весьма гетероморфный набор особенностей каждого нейрона ведет к их разнообразию, а оно затрудняет создание удовлетворяющей всех простой единой классификации. Увеличение составляющих элементов классификации в свою очередь резко затруднит работу с ней. В связи с этим используют много вариантов классификаций нейронов, оперирующих лишь одним или несколькими ведущими признаками строения, биохимии и функции. В сложно устроенном мозге высших млекопитающих, судя по всему, имеются несколько иерархических уровней структурнофункциональной организации (Блум Ф. и др., 1988). Они различаются по степени разнообразия, сложности межнейронных коммуникаций, тонкости специализации каждой нервной клетки, времени формирования в эволюционно-онтогенетическом аспекте.

Наиболее примитивно устроенные нейронные комплексы в эволюционном отношении являются самыми древними, раньше формируются в онтогенезе, морфологически обычно более консервативны. Это прежде всего спинной мозг и каудальные отделы ствола головного мозга. Более разнообразно устроены в отношении специализации нервных клеток промежуточный мозг и подкорковые центры переднего мозга, но они не идут ни в какое сравнение с организацией коры больших полушарий. Сложность коры проявляется не только и не столько в разнообразии микроскопического и субмикроскопического строения нервных клеток, сколько в особенностях их функциональной специализации, особенно в поверхностных слоях коры (Слоним Д., 1967; Эрман Л., Парсонс П., 1985; Mitchison G., 1992; Alvarez F.P., Destexhe A., 2004). Отличительной особенностью высших нервных центров млекопитающих является также весьма позднее их созревание в индивидуальном развитии. У человека к моменту рождения в терминальной коре лишь завершаются процессы миграции нейробластов и продолжаются процессы морфологической дифференцировки. Бурное созревание коры больших полушарий занимает весь первый год развития человека.

Сложное морфологическое строение нейронов предполагает и несколько стадий их дифференцировки. Весьма удачно они были классифицированы А.Г. Кнорре (1971). Руководствуясь данными других исследователей (Кнорре А.Г., 1971; Aguiar P., Willshaw D., 2004; Brette R., 2007) и собственными наблюдениями, можно предполагать следующие этапы дифференцировки нейронов. Матричные клетки нервной трубки и мозговых пузырей детерминируются в направлении нейробластов и, проходя стадию разможения, мигрируют в закладки нервных центров. В эти сроки происходит детерминация in situ. По мере миграции нейробласт начинает формировать аксон, достигающий зон дефинитивных межнейронных коммуникаций. По мере развития дендритного дерева нейробласт начинает образовывать медиаторы (нередко несколько, часть из которых являются транзиторными). В эти же сроки происходит морфологическое созревание нейробласта с образованием юных нейронов, которые по мере достижения терминальной дифференцировки начинают синтезировать лишь один основной медиатор. В них развиваются дефинитивные синаптические аппараты, клетки достигают полной морфологической и функциональной зрелости. Как видно даже из упрощенного описания этого процесса, в каждом нейроне наблюдается несколько критических моментов в развитии, когда изменение внешних и внутренних условий может значимо изменить дальнейшее формирование нервной клетки, и происходит коммитирование генетического аппарата нейрона, сопровождающееся большим разнообразием его структурно-функциональных особенностей (Borrelli E. et al., 2008).

Таким образом, нейрон, являясь ведущим исполнителем основных функций нервной системы, одновременно имеет строение типичной эукариотической клетки с высоким уровнем структурнофункциональной специализации. Нейрон не является независимой системой, но весьма подвержен влиянию как клеток этой же популяции, так и прилежащего окружения. В то же время нейроны весьма разнообразны как по структурной, так и функциональной организации. Через описание и даже подробнейшее рассмотрение отдельного нейрона невозможно описать функцию всей системы в целом. Значима роль не только отдельного нейрона, но и взаимодействующей системы из нейронных ансамблей, неоднородных по качественной и количественной природе. Определенный интерес в этом отношении вызывает специализированная система межнейронных коммуникаций в виде синаптических контактов, что и будет рассмотрено в следующей главе.

нейрон аксон миелин

Список литературы

1. Блум, Ф. Мозг, разум и поведение / Ф. Блум, А. Лейзерсон, Л. Хофстедтер.- М. : Мир, 1988.

2. Васильев, Ю.Г. Нейро-глио-сосудистые отношения в центральной нервной системе (морфологическое исследование с элементами морфометрического и математического анализа) / Ю.Г. Васильев, В.М. Чучков. - Ижевск. : Издво АНК, 2003. - 164 с.

3. Гроф, С. За пределами мозга / С. Гроф. - М.: Издательство Института психотерапии, 2000. - 504 с.

4. Кнорре, А.Г. Эмбриональный гистогенез / А.Г. Кнорре. - Л. : Медицина, 1971. - 431 с.

5. Корочкин, Л.И. Введение в нейрогенетику / Л.И. Корочкин, А.Т. Михайлов.- М. : Наука, 2000.

6. Куффлер, С. От нейрона к мозгу/ С. Куффлер, Дж. Николс; пер. с англ. - М. : Мир, 1979. - 440 с.

7. Кэндел, Э. Клеточные основы поведения / Э. Кэндел. - М. : Мир, 1980.

8. Мак-Фарленд, Д. Поведение животных. Психобиология, этология и эволюция / Д. Мак-Фарленд. - М. : Мир, 1988.

9. Николлз, Дж. От нейрона к мозгу / Дж. Николлз [и др.]. - М. : Едиториал УРСС, 2003.

10. Николс, Дж Г. От нейрона к мозгу / Дж Г. Николс [и др.]. - М. : Мир, 1979.

11. Питерс А. Ультраструктура нервной системы / А. Питерс, С. Полей, Г. Уебстер. - М. : Мир, 1972.

12. Сахаров, Д.А. Генеалогия нейрона / Д.А. Сахаров. - М.: Наука, 1974. - 184 с.

13. Слоним, Д. Инстинкт. Загадки врожденного поведения организмов / Д. Слоним. - Л. : Наука, 1967.

14. Ходжкин, А. Нервный импульс / А. Ходжкин. - М. : Мир, 1965. - 128 с.

15. Шеперд, Г. Нейробиология: в 2 т. / Шеперд Г. - М. : Мир, 1987.

16. Шульговский, В.В. Физиология центральной нервной системы: учебник для университетов / В.В. Шульговский. - М. : Изд-во Моск. ун-та, 1987.

17. Эрман, Л. Эволюция и генетика поведения / Л. Эрман, П. Парсонс. - М. : Мир, 1985.

18. Aguiar, P. Hippocampal mossy fibre boutons as dynamical synapses / P. Aguiar, D. Willshaw // Neurocomputing. - 2004. - № 58-60. - Р. 699-703.

19. Alvarez, F.P. Simulating cortical network activity states constrained by intracellular recordings / F.P. Alvarez, A. Destexhe // Neurocomputing. - 2004. - № 58.- Р. 285-290.

20. Borrelli, E. Decoding the Epigenetic Language of Neuronal Plasticity / E. Borrelli [et al.] // Neuron. - 2008. - Vol. 60. - Issue 6. - P. 961-974.

21. Brette, R. Simulation of networks of spiking neurons: a review of tools and strategies / R. Brette [et al.] // Journal of Computational Neuroscience. - 2007. - Vol. 23. - P. 349-398.

22. Hines, M.L. The neuron simulation environment / M.L. Hines, N.T. Carnevale // The Handbook of Brain Theory and Neural Networks. - Cambridge: MIT Press.- 2003. - P. 769-773.

23. Mitchison, G. Axonal trees and cortical architecture / G. Mitchison // Neurosciences. - 1992. - Vol. 15. - Issue 4. - P. 122-126.

24. Pribram, K.H. Brain and Perception: Holonomy and Structure / K.H. Pribram // Figural Processing. - New Jersey, 1991. - 388 p.

25. Shepherd, G.M. The Human Brain Project: neuroinformatics tools for integrating, searching and modeling multidisciplinary neuroscience data / G.M. Shepherd [et al.] // Trends in Neurosciences. - 1998. - Vol. 21. - P. 460-468.

26. Suzuki, K. Molecular genetic apptoaches to inherited neurological deggenerative discoders / K. Suzuki // Basic Neurochemistry. - 1993. - New York. - P. 523.

27. Wang, H.-S. Potassium currents in rat prevertebral and paravertebral sympathetic neurones: control of firing properties / H.-S. Wang, D. McKinnon // Journal of Physiology. - 1995. - Vol. 485. - P. 319 - 335.

Размещено на Allbest.ru