Строение нейрона. Сравнительная характеристика аксона и дендритов.

Нервная ткань состоит из двух типов клеток— нейронов и нейроглиальных клеток (нейроглиоцитов), образующих вспомогательную нервную ткань нейроглию.

Нейрон является главной структурно-функциональной единицей нервной ткани. Его функции связаны с восприятием, обработкой, передачей и хранением информации. Реализация этих функций обеспечивается способностью нейрона генерировать (производить) короткие электрические импульсы (потенциалы действия) и проводить их по своей мембране. Для передачи информации к другой клетке нейрон синтезирует и выбрасывает в окружающую среду особые биологически активные вещества — нейромедиаторы (нейротрансмиттеры). Запоминание (хранение) информации также часто связано с синтезом либо, по крайней мере, изменением функционирования белков, входящих в состав нервной клетки.

В нервной клетке выделяют три основных отдела (рис. 2): тело, или сому, включающее ядро и окружающий его перикарион, и два типа отростков — дендриты и аксон. Тела нейронов имеют размер от 4 до 120 мкм и очень разнообразны по форме (см. 2.4). Отростки нейрона отличаются по внешнему виду, строению и функциям. Отросток, по которому нервные импульсы идут по направлению к телу нейрона, называется дендритом. Именно дендриты являются основным входом для сигналов от других нейронов и сенсорных стимулов. Количество дендритов варьирует в разных нервных клетках. Отросток, по которому нервный импульс распространяется от тела нейрона, всегда один и называется аксоном. Он начинается аксонным холмиком (в этом месте особенно часто происходит генерация нервного импульса). Многие аксоны покрыты особой миелиновой оболочкой, ускоряющей проведение нервного импульса. Миелиновая оболочка прерывается через определенные интервалы; участки, в которых она отсутствует, называются перехватами Ранвье.

Рис. 2. Связи между нервными клетками. Обратите внимание на большое разнообразие синоптических контактов, а также на наличие миелиновых оболочек вокруг аксона

Нервные импульсы, которые генерирует нейрон, распространяются по аксону и передаются на другой нейрон либо на исполнительный орган (мышцу, железу). Комплекс образований, служащих для такой передачи, называется синапсом. Нейрон, передающий нервный импульс, называется пресинаптическим, а принимающий его — постсинаптическим. Понятие пресинаптический и постсинаптический по отношению к нервной клетке в целом условно, так как один и тот же нейрон, входя в состав разных синапсов, может быть как пре-, так и постсинаптическим.

Синапс состоит из трех частей — пресинаптического окончания,постсинаптической мембраны и расположенной между ними синаптической щели (рис. 3). Пресинаптические окончания чаще всего образованы аксоном, который ветвится, формируя на своем конце специализированные расширения (пресинапс, синаптические бляшки, синаптические пуговки и т.п.).

Рис. 3. Строение синапса:

1. - Пресинаптическое окончание; 2 — постсинаптическая мембрана; 3 — синоптическая щель; 4 — везикула; 5 — эндоплазматическая сеть; 6— митохондрия

В пресинаптическом окончании всегда присутствуют везикулы (мембранные пузырьки) с медиатором, митохондрии и гладкая эндоплазматическая сеть. Поверхность принимающего нейрона, находящаяся напротив пресинапса, называется постсинаптической мембраной. В нее встроены специальные рецепторные белки, контактирующие с медиатором при передаче нервного сигнала. На нейроне обычно обнаруживается большое количество постсинаптических мембран (до нескольких тысяч), т.е. каждый нейрон принимает информацию от многих нервных клеток (рис. 4). С другой стороны, ветви аксона одного нейрона, как правило, формируют синапсы на множестве (до тысячи) других нейронов. Отметим также, что синапсы могут образовываться не только между пресинаптическим аксоном и телом (дендритом) постсинаптического нейрона, как мы видим на рис. 4, но и между другими частями нервных клеток — двумя аксонами, сомой и аксоном, дендритом и аксоном, двумя дендритами и т.д. Однако чаще всего встречаются аксо-дендритные и аксо-соматические синапсы.

Рис. 4. Нейрон и окончания

нервных волокон, образующие на нем синапсы:

1 - синапс; 2 — дендриты; 3 — тело нейрона

2.2. Микроскопическое строение нейрона

Внутреннее строение нейрона в целом сходно со строением других клеток организма (рис. 5). Нейрон имеет все органоиды, характерные для обычной клетки (эндоплазматическую сеть, митохондрии, аппарат Гольджи, лизосомы, рибосомы и т.д.).

Цитоплазматическая мембрана нейрона состоит из двух слоев липидов, в которые встроены разнообразные белки. Особенно важную роль играют три группы белков — насосные, канальные и рецепторные. Первые две из них выполняют транспортную функцию. Насосные белки обеспечивают разность концентраций некоторых ионов между наружной и внутренней средой нейрона. Канальные белки способны избирательно пропускать эти ионы через мембрану. Рецепторные белки являются «мишенями», на которые нацелено действие физиологически активных веществ.

Одной из особенностей нейронов является то, что после дифференцировки из клеток-предшественниц — нейробластов (обычно это происходит на ранних сроках эмбрионального развития) нервная клетка больше не делится, т.е. ядро нейрона всегда находится в интерфазе. Это биологически оправдано, так как в течение жизни организма синапсы между нейронами постоянно видоизменяются. В случае деления, таким образом, утрачивался бы индивидуальный опыт особи, «записанный» на данных синапсах.

Для нервной ткани характерна очень высокая интенсивность обменных процессов. Показателем этого в первую очередь является потребление кислорода и глюкозы.

Как известно, в норме концентрация кислорода и глюкозы в крови остается на относительно постоянном уровне. Центральная нервная система очень чувствительна к колебаниям концентрации этих веществ

Одно из основных структурных отличий нейронов от остальных клеток связано с наличием в их цитоплазме специфических образований в виде глыбок и зерен различной формы — вещества Ниссля (тигроида). При использовании электронного микроскопа было обнаружено, что это плотно упакованные цистерны гранулярного эндоплазматического ретикулума, которые отделены друг от друга небольшими промежутками. Между цистернами в узких полосках цитоплазмы расположены свободные рибосомы. Именно в этих органоидах осуществляется синтез белка, и их присутствие в виде вещества Ниссля связано с высоким уровнем обмена веществ в нейроне. Плотность вещества Ниссля может меняться в зависимости от функционального состояния клетки — растет при увеличении активности нейрона, падает в ходе развития патологических процессов и т.п.

В нервных клетках также хорошо развит комплекс Гольджи он образует везикулы (мембранные пузырьки). Везикулы могут быть заполнены различными веществами, в частности нейромедиаторами.

Как уже было сказано, нейрон — долгоживущее образование. При этом нервные клетки отличаются большей чувствительностью к вредным веществам, чем другие клетки организма. Поэтому совершенно необходима система защиты нейронов от повреждающих воздействий, в частности, органоиды, нейтрализующие накапливающиеся в цитоплазме отходы обмена веществ. Это, в первую очередь, лизосомы. Они формируются в комплексе Гольджи и содержат пищеварительные ферменты, расщепляющие ненужные клетке или вредные для нее органические соединения. Увеличение количества лизосом в нейроне часто служит индикатором развивающегося патологического процесса.

Наконец, в нейронах очень развита сеть фибриллярных структур — микротрубочек и нейрофиламентов. Они образуют в цитоплазме сложную трехмерную опорно-сократительную сеть, играющую важную роль в функционировании нейрона и транспорте веществ (в первую очередь медиаторов) внутри клетки и по ее отросткам.

Основной транспорт веществ в нервных клетках осуществляется по аксону и называется аксонным транспортом. В нем различают быстрый (100 - 1000 мм/сутки), медленный (0,2 - 1 мм/сутки) и промежуточный (2 - 50 мм/сутки) компоненты. С передвижением веществ в нейроне связаны обеспечение передачи нервного импульса, постоянное обновление компонентов мембран и цитоплазмы, осуществление обратной связи между отростками и телом нейрона. Транспорт идет в обоих направлениях: к телу нейрона — ретроградный, от тела— антероградный. Вещества перемещаются в везикулах с затратой энергии вдоль микротрубочек, выполняющих функцию «направляющих». При разрушении микротрубочек (например, при воздействии яда колхицина) аксонный транспорт прекращается