Măduva spinării este cea mai veche formațiune a sistemului nervos central; apare mai întâi în lancetă
O trăsătură caracteristică a organizării măduvei spinării este periodicitatea structurii sale sub formă de segmente cu intrări sub formă de rădăcini posterioare, o masă celulară de neuroni (substanță cenușie) și ieșiri sub formă de rădăcini anterioare.
Măduva spinării umane are 31-33 de segmente: 8 cervicale, 12 toracice, 5 lombare, 5 sacrale, 1-3 coccigiene.
Limitele morfologice între segmentele măduvei spinării nu există. Fiecare segment inervează trei metamere ale corpului prin rădăcinile sale și, de asemenea, primește informații de la trei metamere ale corpului. Ca rezultat, fiecare metamer al corpului este inervat de trei segmente și transmite semnale către trei segmente ale măduvei spinării.
Rădăcinile posterioare sunt aferente, senzoriale, centripete, iar rădăcinile anterioare sunt eferente, motorii, centrifuge (legea Bell-Magendie).
Intrările aferente către măduva spinării sunt organizate de axonii ganglionilor spinali, care se află în afara măduvei spinării, și de axonii diviziunilor simpatic și parasimpatic ale sistemului nervos autonom.
Primul grup de intrări aferente ale măduvei spinării este format din fibre senzoriale care provin de la receptorii musculari, receptorii tendinei, periostul și membranele articulare. Acest grup de receptori formează începutul așa-numitei sensibilități proprioceptive.
Al doilea grup de intrări aferente ale măduvei spinării pleacă de la receptorii pielii: durere, temperatură, tactile, presiune.
Al treilea grup de intrări aferente ale măduvei spinării este reprezentat de fibrele din organele viscerale, acesta este sistemul viscero-receptiv.
Neuronii eferenți (motori) sunt localizați în coarnele anterioare ale măduvei spinării, iar fibrele lor inervează întregi mușchi scheletici.
Caracteristicile organizării neuronale a măduvei spinării
Neuronii măduvei spinării își formează substanța cenușie sub forma a două coarne anterioare și două posterioare situate simetric. nucleii, alungiti pe lungimea maduvei, iar pe sectiunea transversala sunt situati in forma literei H. In regiunea toracica, maduva are, pe langa cele mentionate, si coarne laterale.
Coarnele posterioare îndeplinesc în principal funcții senzoriale; semnalele sunt transmise de la ele către centrii supraiași, către structurile din partea opusă sau către coarnele anterioare ale măduvei spinării.
În coarnele anterioare sunt neuroni care dau axonii lor mușchilor. Toate căile descendente ale sistemului nervos central care provoacă răspunsuri motorii se termină la neuronii coarnelor anterioare. În acest sens, Sherrington le-a numit „calea finală comună”.
În coarnele laterale, începând de la primul segment toracic al măduvei spinării și până la primele segmente lombare, se află neuronii simpaticului, iar în sacral - ai diviziunii parasimpatice a sistemului nervos autonom.
Măduva spinării umane conține aproximativ 13 milioane de neuroni, dintre care 3% sunt neuroni motori și 97% sunt intercalari. Din punct de vedere funcțional, neuronii măduvei spinării pot fi împărțiți în 4 grupuri principale:
1) neuroni motori, sau motori, - celule ale coarnelor anterioare, ai căror axoni formează rădăcinile anterioare;
2) interneuroni - neuroni care primesc informații de la ganglionii spinali și sunt localizați în coarnele posterioare. Acești neuroni răspund la durere, temperatură, stimuli tactili, vibraționali, proprioceptivi;
3) neuronii simpatici, parasimpatici sunt localizați în principal în coarnele laterale. Axonii acestor neuroni ies din măduva spinării ca parte a rădăcinilor anterioare;
4) celule asociative - neuroni ai aparatului propriu al măduvei spinării, care stabilesc conexiuni în interiorul și între segmente.
În zona mijlocie a substanței cenușii (între coarnele posterioare și anterioare) a măduvei spinării se află un nucleu intermediar (nucleul Cajal) cu celule ai căror axoni urcă sau coboară cu 1-2 segmente și dau colaterale neuronilor. partea ipsi- și contralaterală, formând o rețea. Există o rețea similară în partea de sus a cornului posterior al măduvei spinării - această rețea formează așa-numita substanță gelatinoasă (substanța gelatinoasă a lui Roland) și îndeplinește funcțiile de formare reticulară a măduvei spinării.Partea mijlocie a cenușii. materia măduvei spinării conține în principal celule în formă de fus cu axon scurt; , între celulele coarnelor sale anterioare și posterioare.
Motoneuronii. Axonul unui neuron motor inervează sute de fibre musculare cu terminalele sale, formând o unitate de neuron motor. Mai mulți motoneuroni pot inerva un mușchi, caz în care formează așa-numitul pool de motoneuroni. Excitabilitatea neuronilor motori este diferită, prin urmare, cu o intensitate diferită de stimulare, un număr diferit de fibre ale unui mușchi este implicat în contracție. Cu puterea optimă a iritației, toate fibrele acestui mușchi sunt reduse; in acest caz se dezvolta contractia maxima. Neuronii motori pot genera impulsuri cu o frecvență de până la 200 pe secundă.
interneuronii. Acești neuroni intermediari, care generează impulsuri cu o frecvență de până la 1000 pe secundă, sunt activi în fundal și au până la 500 de sinapse pe dendritele lor. Funcția interneuronilor este de a organiza conexiunile dintre structurile măduvei spinării și de a asigura influența căilor ascendente și descendente asupra celulelor segmentelor individuale ale măduvei spinării. O funcție foarte importantă a interneuronilor este inhibarea activității neuronilor, care asigură păstrarea direcției căii de excitație. Excitarea interneuronilor asociați cu celulele motorii are un efect inhibitor asupra mușchilor antagoniști.
Neuronii diviziunii simpatice a sistemului nervos autonom sunt localizați în coarnele laterale ale măduvei spinării toracice, au o frecvență rară a impulsurilor (3-5 pe secundă), neuronii parasimpatici sunt localizați în măduva spinării sacrale.
Cu iritații sau leziuni ale rădăcinilor posterioare se observă dureri de centură la nivelul metamerului segmentului afectat, sensibilitatea scade, reflexele dispar sau slăbesc. Dacă apare o leziune izolată a cornului posterior, se pierde sensibilitatea la durere și la temperatură pe partea laterală a leziunii, în timp ce senzațiile tactile și proprioceptive sunt păstrate, deoarece axonii de temperatură și sensibilitatea la durere merg de la rădăcina posterioară la cornul posterior și axonii. de tactil și proprioceptiv - direct la coloana posterioară și de-a lungul căilor conductoare se ridică.
Înfrângerea cornului anterior și a rădăcinii anterioare a măduvei spinării duce la paralizia mușchilor, care își pierd tonusul, atrofia, iar reflexele asociate cu segmentul afectat dispar.
Înfrângerea coarnelor laterale ale măduvei spinării este însoțită de dispariția reflexelor vasculare ale pielii, tulburări de transpirație, modificări trofice ale pielii și unghiilor. Afectarea bilaterală a departamentului parasimpatic la nivelul sacrului duce la afectarea defecării și urinare.
Organizarea morfofuncțională a măduvei spinării
Măduva spinării este cea mai veche parte a sistemului nervos central al vertebratelor. Este deja prezentă în lancetă, cel mai primitiv reprezentant al cordatelor.
Măduva spinării este partea caudală a SNC. Este plasat în canalul rahidian și are o lungime inegală la diferiți reprezentanți ai vertebratelor.
La om, rădăcinile secțiunilor caudale ale măduvei spinării se adună în secțiunea caudală a canalului spinal, formând așa-numita cauda equina.
Măduva spinării caracterizat printr-o structură segmentară. Măduva spinării este împărțită în regiunile cervicale, toracice, lombare, sacrale și coccigiene. Fiecare departament este format din mai multe segmente. Regiunea cervicală cuprinde 8 segmente (C 1 - C 8), toracică - 12 (Th 1 - Th 12), lombar - 5 (L 1 - L 5), sacral - 5 (S 1 - S 5) și coccigianul - 1- 3 (Co 1 - Co 3). Din fiecare segment pleacă două perechi de rădăcini, care corespund uneia dintre vertebre și părăsesc canalul spinal prin deschiderea dintre ele.
Există rădăcini dorsale (spate) și ventrale (anterioare). Rădăcinile dorsale sunt formate din axonii centrali ai neuronilor aferenti primari, ale căror corpuri se află în ganglionii spinali.
Rădăcinile ventrale sunt formate din axonii motoneuronilor α- și γ și fibrele nemielinice ale neuronilor sistemului nervos autonom. Această distribuție a fibrelor aferente și eferente a fost stabilită independent la începutul secolului al XIX-lea de către C. Bell (1811) și F. Magendie (1822). Distribuția diferită a funcțiilor în rădăcinile anterioare și posterioare ale măduvei spinării se numește legea Bell-Magendie. Segmente ale măduvei spinării și vertebrelor corespund aceluiași metamer. Fibrele nervoase ale unei perechi de rădăcini posterioare merg nu numai către propriul lor metamer, ci și deasupra și dedesubt - la metamerele vecine. Zona de piele în care sunt distribuite aceste fibre senzoriale se numește dermatom.
Numărul de fibre din rădăcina dorsală este mult mai mare decât în cea ventrală.
Structurile neuronale ale măduvei spinării. Partea centrală a secțiunii transversale a măduvei spinării este ocupată de substanță cenușie. În jurul substanței cenușii se află substanța albă. În substanța cenușie se disting coarnele anterioare, posterioare și laterale, iar în substanța albă, coloane (ventrale, dorsale, laterale etc.).
Compoziția neuronală a măduvei spinării este destul de diversă. Există mai multe tipuri de neuroni. Corpurile neuronilor ganglionilor spinali sunt situate în afara măduvei spinării. Axonii acestor neuroni intră în măduva spinării. Neuronii ganglionilor spinali sunt neuroni unipolari sau pseudo-unipolari. În ganglionii spinali se află corpurile aferente somatice care inervează în principal mușchii scheletici. Corpurile altor neuroni sensibili sunt localizate în țesutul și în ganglionii intramurali ai sistemului nervos autonom și oferă sensibilitate doar organelor interne. Sunt de două tipuri: mari - cu diametrul de 60-120 microni și mici - cu diametrul de 14-30 microni. Cele mari dau fibre mielinice, iar cele mici - mielinizate si nemielinizate. Fibrele nervoase ale celulelor sensibile sunt clasificate în fibre A, B și C în funcție de viteza de conducere și diametru. Fibre A mielinice groase cu un diametru de 3 până la 22 de microni și o viteză de conducere de la 12 până la 120 m/s sunt împărțite în subgrupe: fibre alfa - din receptorii musculari, fibrele beta - din receptorii tactili și baroreceptori, fibrele delta - din termoreceptorii, mecanoreceptorii și receptorii durerii. La fibre din grupa B includ fibre mielinice de grosime medie cu o viteză de excitare de 3-14 m/s. Ele transmit în principal senzația de durere. La aferente de tip C includ majoritatea fibrelor nemielinice cu o grosime de cel mult 2 microni și o viteză de conducere de până la 2 m / s. Acestea sunt fibre care provin din durere, chimio- și unii mecanoreceptori.
În substanța cenușie a măduvei spinării se disting următoarele elemente:
1) neuroni eferenti (motoneuroni);
2) neuroni intercalari;
3) neuronii căilor ascendente;
4) fibre intraspinale ale neuronilor aferenti sensibili.
neuroni motorii concentrate în coarnele anterioare, unde formează nuclei specifici, ale căror celule își trimit axonii către un anumit mușchi. Fiecare nucleu motor se întinde de obicei pe mai multe segmente, prin urmare axonii lor, care inervează același mușchi, părăsesc măduva spinării ca parte a mai multor rădăcini ventrale.
Interneuronii sunt localizați în zona intermediară a materiei cenușii. Axonii lor se extind atât în interiorul segmentului, cât și în cele mai apropiate segmente învecinate. interneuronii- un grup eterogen, ai cărui dendrite și axoni nu părăsesc limitele măduvei spinării. Interneuronii formează contacte sinaptice numai cu alți neuroni și sunt majoritatea. Interneuronii reprezintă aproximativ 97% din toți neuronii. În mărime, aceștia sunt mai mici decât neuronii motori α, capabili de impulsuri de înaltă frecvență (peste 1000 pe secundă). Pentru neuronii intercalari propriospinali o proprietate caracteristică este de a trimite axoni lungi prin mai multe segmente și se termină pe neuronii motori. În același timp, fibrele diferitelor tracturi descendente converg spre aceste celule. Prin urmare, ele sunt stații releu pe drumul de la neuronii supraiași la neuronii motori. Un grup special de neuroni intercalari este format din neuroni inhibitori. Acestea includ, de exemplu, celulele Renshaw.
Neuronii tractului ascendent sunt, de asemenea, în întregime în SNC. Corpurile acestor neuroni sunt localizate în substanța cenușie a măduvei spinării.
Terminații centrale ale aferentelor primare au propriile lor caracteristici. După intrarea în măduva spinării, fibra aferentă dă de obicei naștere la ramuri ascendente și descendente, care pot parcurge distanțe considerabile de-a lungul măduvei spinării. Ramurile terminale ale unei fibre nervoase aferente au numeroase sinapse pe un neuron motor. În plus, s-a constatat că o fibră care provine de la receptorul de întindere formează sinapse cu aproape toți neuronii motori ai acestui mușchi.
Substanța gelatinoasă a lui Roland este situată în partea dorsală a cornului dorsal.
Cea mai exactă idee a topografiei celulelor nervoase ale substanței cenușii a măduvei spinării este dată prin împărțirea acesteia în straturi sau plăci succesive, în fiecare dintre care, de regulă, sunt grupați neuroni de același tip.
Conform acestor date, întreaga substanță cenușie a măduvei spinării a fost împărțită în 10 plăci (Rexed) (Fig. 2.2).
I - neuroni marginali - dau naștere tractului spinotalamic;
II-III - substanță gelatinoasă;
I-IV - în general, zona senzorială primară a măduvei spinării (aferente de la exteroreceptori, aferente de la piele și receptorii de sensibilitate la durere);
Orez. 2.2.Împărțirea substanței cenușii a măduvei spinării în plăci (după Rexed)
V-VI - neuronii intercalari sunt localizați, care primesc inputuri de la rădăcinile posterioare și tracturile descendente (corticospinal, rubrospinal);
VII-VIII - sunt localizați neuronii intercalari propriospinali (de la proprioreceptori, fibrele vestibulo-spinal și reticulo-spinal).
tracturi), axonii neuronilor propriospinali;
IX - contine corpurile neuronilor motori α- si γ, fibre presinaptice ale aferentelor primare din receptorii de intindere musculara, capatul fibrelor cailor descendente;
X - înconjoară canalul rahidian și conține, alături de neuroni, o cantitate semnificativă de celule gliale și fibre comisurale.
Proprietățile elementelor nervoase ale măduvei spinării. Măduva spinării umane conține aproximativ 13 milioane de neuroni.
Neuronii motori α sunt celule mari cu dendrite lungi, având până la 20.000 de sinapse, dintre care majoritatea sunt formate din terminațiile neuronilor intercalari intraspinali. Viteza de conducere de-a lungul axonului lor este de 70-120 m/s. Descărcările ritmice cu o frecvență de cel mult 10-20 de impulsuri / s sunt caracteristice, care sunt asociate cu hiperpolarizarea urmei pronunțate. Aceștia sunt neuronii de ieșire. Ei transmit semnale către fibrele musculare scheletice produse în măduva spinării.
Neuronii motori γ sunt celule mai mici. Diametrul lor nu este mai mare de 30-40 de microni, nu au contact direct cu aferentele primare.
γ-motoneuronii inervează fibrele musculare intrafusale (intrafuziforme).
Ele sunt activate monosinaptic de fibrele căilor descendente, care joacă un rol important în interacțiunea α-, γ. Viteza de conducere de-a lungul axonului lor este mai mică - 10-40 m/s. Frecvența pulsului este mai mare decât cea a motorului α
neuroni, - 300-500 impulsuri/s.
În coarnele laterale și anterioare există neuroni preganglionari ai sistemului nervos autonom - axonii lor sunt trimiși către celulele ganglionare ale lanțului nervos simpatic și către ganglionii intramurali ai organelor interne.
Corpurile neuronilor simpatici, ai căror axoni formează fibre preganglionare, sunt localizate în nucleul intermediolateral al măduvei spinării. Axonii lor aparțin grupului de fibre B. Ele se caracterizează prin impulsuri tonice constante. Unele dintre aceste fibre sunt implicate în menținerea tonusului vascular, în timp ce altele asigură reglarea structurilor efectoare viscerale (mușchii netezi ai sistemului digestiv, celule glandulare).
Corpurile neuronilor parasimpatici formează nucleii sacrali parasimpatici. Sunt situate în substanța cenușie a măduvei spinării sacrale. Multe dintre ele se caracterizează prin activitate de impuls de fundal, a cărei frecvență crește, de exemplu, pe măsură ce presiunea în vezică crește.
^ Sistemul nervos: caracteristici morfofuncționale generale; surse de dezvoltare, clasificare.
Sistemul nervos asigură reglarea tuturor proceselor vitale din organism și interacțiunea acestuia cu mediul extern. Din punct de vedere anatomic, sistemul nervos este împărțit în central și periferic. Primul include creierul și măduva spinării, al doilea combină nodurile nervoase periferice, trunchiurile și terminațiile.
Din punct de vedere fiziologic, sistemul nervos este împărțit în somatic, care inervează întregul organism, cu excepția organelor interne, vaselor și glandelor, și autonom, sau vegetativ, care reglează activitatea acestor organe.
Sistemul nervos se dezvoltă din tubul neural și placa ganglionară. Creierul și organele de simț se diferențiază de partea craniană a tubului neural. Măduva spinării, nodurile spinale și autonome și țesutul cromafin al corpului sunt formate din regiunea trunchiului tubului neural și placa ganglionară.
Masa celulelor din secțiunile laterale ale tubului neural crește deosebit de rapid, în timp ce părțile sale dorsale și ventrale nu cresc în volum și își păstrează caracterul ependimal. Pereții laterali îngroșați ai tubului neural sunt împărțiți printr-un șanț longitudinal în placa principală dorsală - alară și ventrală. În această etapă de dezvoltare, în pereții laterali ai tubului neural pot fi distinse trei zone: ependimul care căptușește canalul, stratul de manta și vălul marginal. Substanța cenușie a măduvei spinării se dezvoltă ulterior din stratul mantalei, iar substanța sa albă se dezvoltă din vălul marginal.
Concomitent cu dezvoltarea măduvei spinării, sunt așezate noduri vegetative spinale și periferice. Materialul de plecare pentru acestea sunt elementele celulare ale plăcii ganglionare, care se diferențiază în neuroblaste și glioblaste, din care se formează neuronii și gliocitele maiale ale ganglionilor spinali. O parte din celulele plăcii ganglionare migrează la periferie către localizarea ganglionilor nervoși autonomi și a țesutului cromafin.
^ Măduva spinării: caracteristici morfofuncționale; structura substanței cenușii și albe.
Substanța cenușie de pe secțiunea transversală a creierului este prezentată sub forma literei „H” sau a unui fluture. Proeminențele substanței cenușii se numesc coarne. Există coarne anterioare sau ventrale, posterioare sau dorsale și laterale sau laterale.
Substanța cenușie a măduvei spinării este formată din corpuri de neuroni, fibre mielinice nemielinice și subțiri și neuroglia. Componenta principală a materiei cenușii, care o deosebește de albă, sunt neuronii multipolari.
Substanța albă a măduvei spinării este o colecție de fibre predominant mielinice orientate longitudinal. Mănunchiurile de fibre nervoase care comunică între diferite părți ale sistemului nervos sunt numite căi ale măduvei spinării.
Dintre neuronii măduvei spinării se pot distinge: nevrite, celule radiculare, interne, mănunchi.
În coarnele posterioare, există: un strat spongios, o substanță gelatinoasă, un nucleu propriu al cornului posterior și un nucleu toracic. Coarnele posterioare sunt bogate în celule intercalare situate difuz. În mijlocul cornului posterior se află propriul nucleu al cornului posterior.
Nucleul toracic (nucleul lui Clark) este format din neuroni intercalari mari cu dendrite foarte ramificate.
Dintre structurile cornului posterior, de interes deosebit sunt substanța gelatinoasă, care se întinde continuu de-a lungul măduvei spinării în plăcile I-IV. Neuronii produc encefalina, o peptidă de tip opioid care inhibă efectele durerii. Substanța gelatinoasă are un efect inhibitor asupra funcțiilor măduvei spinării.
Cei mai mari neuroni ai măduvei spinării sunt localizați în coarnele anterioare, care au un diametru al corpului de 100-150 microni și formează nuclei de volum considerabil. Este la fel ca neuronii nucleilor coarnelor laterale, celulele radiculare. Acești nuclei sunt centri somatici motori. În coarnele anterioare, grupurile mediale și laterale de celule motorii sunt cele mai pronunțate. Primul inervează mușchii trunchiului și este bine dezvoltat în toată măduva spinării. Al doilea este situat în regiunea îngroșărilor cervicale și lombare și inervează mușchii membrelor.
^ Creierul: caracteristici morfofuncționale.
Creierul este închis într-o înveliș de încredere a craniului. În plus, este acoperit cu învelișuri de țesut conjunctiv - dur, arahnoid și moale.
În creier se disting substanța cenușie și cea albă, dar distribuția acestor două componente este mult mai complicată aici decât în măduva spinării. Cea mai mare parte a substanței cenușii a creierului este situată pe suprafața creierului și în cerebel, formând cortexul acestora. O parte mai mică formează numeroși nuclei ai trunchiului cerebral.
Trunchiul cerebral este format din medula oblongata, pont, cerebel și structurile mezencefalului și diencefalului. Toți nucleii substanței cenușii ai trunchiului cerebral sunt formați din neuroni multipolari. Există nuclei de nervi cranieni și nuclei de comutare.
Medula oblongata se caracterizează prin prezența nucleilor nervilor hipoglos, accesorii, vagi, glosofaringieni, vestibulocohleari. În regiunea centrală a medulei oblongate există un important aparat de coordonare a creierului - formațiunea reticulară.
Puntea este împărțită în părți dorsale (anvelope) și ventrale. Partea dorsală conține fibrele medulei oblongate, nucleii nervilor cranieni V-VIII, formațiunea reticulară a punții.
Mezencefalul este format din acoperișul mezencefalului (cvadrigemina), tegmentul mezencefalului, substanța neagră și picioarele creierului. Substanța nigra și-a primit numele de la faptul că neuronii săi mici în formă de fus conțin melanină.
În diencefal predomină ca volum tuberculul optic. Ventral acestuia este o regiune hipotalamica (hipotalamica) bogata in nuclei mici. Impulsurile nervoase către dealul vizual din creier merg de-a lungul căii motorii extrapiramidale.
^ Cerebel: structură și caracteristici morfofuncționale.
Cea mai mare parte a substanței cenușii din cerebel este situată la suprafață și formează cortexul acestuia. O parte mai mică a substanței cenușii se află adânc în substanța albă sub formă de nuclee centrale. În cortexul cerebelos se disting trei straturi: cel exterior este stratul molecular, cel mijlociu este stratul ganglionar, iar cel interior este cel granular.
Stratul ganglionar conține neuroni în formă de para. Ei au neurite, care, părăsind cortexul cerebelos, formează legătura inițială a căilor sale inhibitoare eferente.
Stratul molecular conține două tipuri principale de neuroni: coș și stelat. Neuronii coș sunt localizați în treimea inferioară a stratului molecular. Acestea sunt celule mici de formă neregulată, de aproximativ 10-20 de microni. Dendritele lor subțiri lungi se ramifică în principal într-un plan situat transversal față de gir. Neuritele lungi ale celulelor se desfășoară întotdeauna peste gir și paralel cu suprafața de deasupra neuronilor în formă de para. Activitatea neuritelor neuronilor coș determină inhibarea neuronilor piriformi.
Neuronii stelati se află deasupra celulelor coșului și sunt de două tipuri. Neuronii mici stelați sunt echipați cu dendrite scurte subțiri și neurite slab ramificate care formează sinapse pe dendritele celulelor în formă de pară. Neuronii stelați mari, spre deosebire de cei mici, au dendrite și neurite lungi și foarte ramificate.
Neuronii coș și stelați ai stratului molecular sunt un singur sistem de neuroni intercalari care transmit impulsuri nervoase inhibitoare dendritelor și corpurilor celulelor în formă de pară într-un plan transversal față de gir. Stratul granular este foarte bogat în neuroni. Primul tip de celule din acest strat poate fi considerat neuroni granulari sau celule granulare. Au un volum mic. Celula are 3-4 dendrite scurte. Dendritele celulelor granulare formează structuri caracteristice numite glomeruli cerebelosi.
Al doilea tip de celule din stratul granular al cerebelului sunt neuronii stelați mari inhibitori. Există două tipuri de astfel de celule: cu neurite scurte și lungi.
Al treilea tip de celule sunt celulele orizontale în formă de fus. Se găsesc predominant între straturile granulare și ganglionare. Fibrele aferente care intră în cortexul cerebelos sunt reprezentate de două tipuri - fibre de mușchi și așa-numitele fibre de cățărare. Fibrele cu mușchi fac parte din tracturile olivocerebeloase și cerebelopontine. Se termină în glomerulii stratului granular al cerebelului, unde vin în contact cu dendritele celulelor granulare.
Fibrele urcatoare intră în cortexul cerebelos, aparent, de-a lungul căilor dorso-cerebeloase și vestibulocerebeloase. Fibrele urcatoare transmit excitația direct neuronilor piriformi.
Cortexul cerebelos conține diverse elemente gliale. Stratul granular conține astrocite fibroase și protoplasmatice. Toate straturile din cerebel conțin oligodendrocite. Stratul granular și substanța albă ale cerebelului sunt deosebit de bogate în aceste celule. Celulele gliale cu nuclei întunecați se află în stratul ganglionar dintre neuronii în formă de para. Microglia se găsește în cantități mari în straturile moleculare și ganglionare.
^ Subiectul și sarcinile embriologiei umane.
În embriogeneză se disting 3 secțiuni: preembrionară, embrionară și postembrionară timpurie.
Sarcinile actuale ale embriologiei sunt studiul influenței diferiților factori endogeni și exogeni ai micromediului asupra dezvoltării și structurii celulelor germinale, țesuturilor, organelor și sistemelor.
^ Embriologie medicală.
Embriologia medicală studiază modelele de dezvoltare ale embrionului uman. În cursul histologiei cu embriologie se acordă o atenție deosebită surselor și mecanismelor dezvoltării țesuturilor, caracteristicilor metabolice și funcționale ale sistemului mamă-placenta-făt, care fac posibilă stabilirea cauzelor abaterilor de la normă, care este de mare importanţă pentru practica medicală.
Cunoașterea embriologiei umane este necesară tuturor medicilor, în special celor care lucrează în domeniul obstetricii. Acest lucru ajută la diagnosticarea tulburărilor din sistemul mamă-făt, identificând cauzele deformărilor și bolilor la copii după naștere.
În prezent, cunoștințele despre embriologia umană sunt folosite pentru a descoperi și elimina cauzele infertilității, nașterea copiilor „eprubetă”, transplantul de organe fetale, dezvoltarea și utilizarea contraceptivelor. În special, problemele culturii ouălor, fertilizarea in vitro și implantarea embrionilor în uter au devenit actuale.
Procesul de dezvoltare a embrionului uman este rezultatul unei evoluții îndelungate și reflectă într-o anumită măsură trăsăturile dezvoltării altor reprezentanți ai lumii animale. Prin urmare, unele dintre etapele timpurii ale dezvoltării umane sunt foarte asemănătoare cu stadiile similare în embriogeneza cordatelor organizate inferioare.
Embriogeneza umană este o parte a ontogenezei sale, incluzând următoarele etape principale: I - fertilizarea și formarea unui zigot; II - zdrobirea și formarea blastulei (blastocist); III - gastrulația - formarea straturilor germinale și a unui complex de organe axiale; IV - histogeneza si organogeneza organelor germinale si extraembrionare; V - sistemogeneza.
Embriogeneza este strâns legată de progeneza (dezvoltarea și maturarea celulelor germinale) și perioada postembrionară timpurie. Astfel, formarea țesuturilor începe în perioada embrionară și continuă după nașterea unui copil.
^ Celulele sexuale: structura și funcțiile celulelor germinale masculine și feminine, principalele etape ale dezvoltării lor.
Spermatozoidul este acoperit cu o citolemă, care în secțiunea anterioară conține un receptor - glicoziltransferaza, care asigură recunoașterea receptorilor de ouă.
Capul spermatozoidului include un nucleu mic dens cu un set haploid de cromozomi care conțin nucleoprotamine și nucleohistone. Jumătatea anterioară a nucleului este acoperită cu un sac plat care formează capacul spermatozoidului. Acrozomul este situat în el (din grecescul asgop - vârf, soma - corp). Acrozomul conține un set de enzime, printre care un loc important revine hialuronidazei și proteazelor. Nucleul spermatozoidului uman conține 23 de cromozomi, dintre care unul sexual (X sau Y), restul sunt autozomi. Secțiunea de coadă a spermatozoidului constă dintr-o părți intermediare, principale și terminale.
Partea intermediară conține 2 microtubuli centrali și 9 perechi de microtubuli periferici înconjurate de o mitocondrie elicoidală. Proeminențele pereche, sau „mânere”, constând dintr-o altă proteină, dineina, pleacă din microtubuli. Dineina descompune ATP.
Partea principală (pars principalis) a cozii seamănă cu o structură ciliantă cu un set caracteristic de microtubuli în axonem (9 * 2) + 2, înconjurat de fibrile orientate circular care conferă elasticitate și o membrană plasmatică.
Partea terminală sau finală a spermatozoidului conține filamente contractile unice. Mișcările cozii sunt asemănătoare unui bici, ceea ce se datorează contracției succesive a microtubulilor de la prima la a noua pereche.
În studiul spermatozoizilor în practica clinică, diferite forme de spermatozoizi sunt numărate în frotiuri colorate, numărându-se procentul acestora (spermograma).
Conform Organizației Mondiale a Sănătății (OMS), caracteristicile normale ale spermei umane sunt următoarele: concentrație 20-200 milioane/ml, conținut peste 60% din formele normale. Alături de formele normale, spermatozoidul uman conține întotdeauna forme anormale - biflagelate, cu dimensiunile capului defecte (macro și microforme), cu capul amorf, cu capetele topite, forme imature (cu resturi citoplasmatice în gât și coadă), cu defecte de flagel.
Ovocitele, sau ovocitele (din latină ovul - ou), se maturizează într-o cantitate incomensurabil mai mică decât spermatozoizii. La o femeie în timpul ciclului sexual B4-28 de zile), de regulă, un ou se maturizează. Astfel, în perioada fertilă se formează aproximativ 400 de ouă mature.
Eliberarea unui ovocit din ovar se numește ovulație. Ovocitul care iese din ovar este înconjurat de o coroană de celule foliculare, al căror număr ajunge la 3-4 mii. Este preluat de marginile trompei (oviduct) și se deplasează de-a lungul acesteia. Aici se termină maturizarea celulei germinale. Celula ou are o formă sferică, un volum citoplasmatic mai mare decât cel al unui spermatozoid și nu are capacitatea de a se mișca independent.
Clasificarea ouălor se bazează pe semnele prezenței, cantității și distribuției gălbenușului (lecithos), care este o incluziune proteino-lipidă în citoplasmă folosită pentru hrănirea embrionului.
Există ouă fără gălbenuș (alecital), gălbenuș scăzut (oligolecital), gălbenuș mediu (mesolecital), gălbenuș multiplu (polilecital).
La om, prezența unei cantități mici de gălbenuș în ou se datorează dezvoltării embrionului în corpul mamei.
Structura. Oul uman are un diametru de aproximativ 130 de microni. Adiacent citolemei este o zonă lucioasă sau transparentă (zona pellucida - Zp) și apoi un strat de celule foliculare. Nucleul celulei germinale feminine are un set haploid de cromozomi cu un cromozom X-sex, un nucleol bine definit și există multe complexe de pori în caryolemma. În perioada de creștere a ovocitelor, în nucleu au loc procese intensive de sinteză a ARNm și ARNr.
În citoplasmă se dezvoltă aparatul de sinteză a proteinelor (reticulul endoplasmatic, ribozomi) și aparatul Golgi. Numărul de mitocondrii este moderat, sunt situate în apropierea nucleului gălbenușului, unde există o sinteză intensivă a gălbenușului, centrul celular este absent. Aparatul Golgi în stadiile incipiente de dezvoltare este situat în apropierea nucleului, iar în procesul de maturare a oului, se deplasează la periferia citoplasmei. Iată derivații acestui complex - granule corticale, al căror număr ajunge la aproximativ 4000, iar dimensiunea este de 1 micron. Conțin glicozaminoglicani și diverse enzime (inclusiv cele proteolitice), participă la reacția corticală, protejând oul de polispermie.
Zona transparentă sau strălucitoare (zona pellucida - Zp) este formată din glicoproteine și glicozaminoglicani. Zona strălucitoare conține zeci de milioane de molecule de glicoproteină Zp3, fiecare dintre ele având peste 400 de reziduuri de aminoacizi conectate la multe ramuri de oligozaharide. Celulele foliculare participă la formarea acestei zone: procesele celulelor foliculare pătrund prin zona transparentă, îndreptându-se spre citolema oului. Citolema oului are microvilozități situate între procesele celulelor foliculare. Celulele foliculare îndeplinesc funcții trofice și de protecție.
1.1. Sistemul nervos: structura generala
Sistemul nervos este un sistem al organismului care combină și reglează diferite procese fiziologice în conformitate cu condițiile în schimbare ale mediului extern și intern. Sistemul nervos este alcătuit din componente senzoriale care răspund la stimuli emanați din mediu, componente integrative care procesează și stochează date senzoriale și alte date și componente motorii care controlează mișcările și activitatea secretorie a glandelor.
Sistemul nervos percepe stimulii senzoriali, procesează informații și formează comportamentul. Tipuri speciale de procesare a informațiilor sunt învățarea și memoria, datorită cărora, odată cu schimbările din mediu, comportamentul se adaptează, ținând cont de experiența anterioară. În aceste funcții sunt implicate și alte sisteme, precum sistemul endocrin și imunitar, dar sistemul nervos este specializat să îndeplinească aceste funcții. Procesarea informației se referă la transmiterea informațiilor în rețelele neuronale, transformarea semnalelor prin combinarea lor cu alte semnale (integrare nervoasă), stocarea informațiilor în memorie și regăsirea informațiilor din memorie, utilizarea informațiilor senzoriale pentru percepție, gândire. , învăţarea, planificarea (pregătirea) şi executarea comenzilor motorii, formarea emoţiilor. Interacțiunile dintre neuroni sunt realizate atât prin procese electrice, cât și prin procese chimice.
Comportamentul este un complex de reacții ale organismului la condițiile în schimbare ale mediului extern și intern. Comportamentul poate fi un proces pur intern, ascuns (cogniție) sau accesibil observației externe (reacții motorii sau vegetative). La oameni, un set de acele acte comportamentale care sunt asociate cu vorbirea este deosebit de important. Fiecare reacție, simplă sau complexă, este asigurată de celulele nervoase organizate în rețele neuronale (ansambluri și căi nervoase).
Sistemul nervos este împărțit în central și periferic (Fig. 1.1). Sistemul nervos central (SNC) este format din creier și măduva spinării. Sistemul nervos periferic include rădăcini, plexuri și nervi.
Orez. 1.1. Structura generală a sistemului nervos.
DAR- Sistem nervos central. B- Trunchiul cerebral: 1 - telencefal; 2 - diencefal; 3 - mezencefal; 4 - punte și cerebel, 5 - medular oblongata, 6 - structuri mediane ale telencefalului. LA- Măduva spinării: 7 - con spinal; 8 - filete terminale. G- Sistem nervos periferic: 9 - radacina ventrala; 10 - coloana dorsală; 11 - ganglion spinal; 12 - nervul spinal; 13 - nervul periferic mixt; 14 - epineurium; 15 - perineur; 16 - nervul mielin; 17 - fibrocit; 18 - endoneur; 19 - capilar; 20 - nervul nemielinizat; 21 - receptorii pielii; 22 - capătul neuronului motor; 23 - capilar; 24 - fibre musculare; 25 - nucleul celulei Schwann; 26 - interceptarea lui Ranvier; 27 - trunchi simpatic; 28 - ramură de legătură
sistem nervos central
Sistemul nervos central colectează și prelucrează informații despre mediu provenind de la receptori, formează reflexe și alte reacții comportamentale, planifică și efectuează mișcări arbitrare. În plus, sistemul nervos central asigură așa-numitele funcții cognitive (cognitive) superioare. În sistemul nervos central au loc procese asociate cu memoria, învățarea și gândirea.
Creierul în procesul de ontogeneză este format din vezicule cerebrale rezultate din creșterea neuniformă a secțiunilor anterioare ale tubului medular (Fig. 1.2). Aceste bule formează creierul anterior (prosencefal) mezencefal (mesencefal)și creierul romboid (rombencefal).În viitor, creierul final se formează din creierul anterior (telencefal) si intermediare (diencefal) creierul, iar creierul romboid este împărțit în cel posterior (metencefal)și alungite (mielencefal, sau medular oblongata) creier. Din telencefal, respectiv, se formează emisferele cerebrale, ganglionii bazali, din diencefal - talamusul, epitalamusul, hipotalamusul, metatalamusul, căile și nervii optici, retina. Nervii optici și retina sunt părți ale sistemului nervos central, ca și cum ar fi scoase din creier. Din mijlocul creierului se formează placa cvadrigeminei și picioarele creierului. Pons și cerebel se formează din creierul posterior. Ponsul creierului se învecinează mai jos cu medula oblongata.
Spatele tubului medular formează măduva spinării, iar cavitatea acesteia devine canalul central al măduvei spinării. Măduva spinării este formată din regiuni cervicale, toracice, lombare, sacrale și coccigiene, fiecare dintre acestea fiind, la rândul lor, din segmente.
SNC este împărțit în substanță cenușie și substanță albă. Substanța cenușie este un grup de corpuri de neuroni, substanța albă este procesele neuronilor acoperiți cu o înveliș de mielină. În creier, materia cenușie este localizată în cortexul cerebral, în ganglionii subcorticali, nucleii trunchiului cerebral, cortexul cerebelos și nucleii acestuia. În măduva spinării, substanța cenușie este concentrată în mijlocul ei, albă - la periferie.
Sistem nervos periferic
Sistemul nervos periferic (SNP) este responsabil pentru interfața dintre mediu (sau celulele excitabile) și SNC. SNP include componente senzoriale (receptori și neuroni aferenți primari) și motorii (neuroni motori somatici și autonomi).
Orez. 1.2. Dezvoltarea embrionară a sistemului nervos al mamiferelor. Schema dezvoltării doborârii neurale în stadiul trei (DAR)și cinci (B) bule din creier. A. I- Vedere laterală generală: 1 - îndoire craniană; 2 - îndoire cervicală; 3 - nodul spinal. II- Vedere de sus: 4 - creier anterior; 5 - mezencefal; 6 - creier în formă de diamant; 7 - neurocoel; 8 - peretele tubului neural; 9 - măduva spinării rudimentară.
B. I- Vedere laterală generală. B. II- Vedere de sus: 10 - telencefal; 11 - ventricul lateral; 12 - diencefal; 13 - tulpina ochiului; 14 - lentila; 15 - nervul optic; 16 - mezencefal; 17 - creier posterior; 18 - medulla oblongata; 19 - măduva spinării; 20 - canal central; 21 - al patrulea ventricul; 22 - apeductul creierului; 23 - al treilea ventricul. III- Vedere laterală: 24 - scoarță nouă; 25 - sept interventricular; 26 - striat; 27 - minge palid; 28 - hipocamp; 29 - talamus; 30 - corp pineal; 31 - movile superioare și inferioare; 32 - cerebel; 33 - creier posterior; 34 - măduva spinării; 35 - medulla oblongata; 36 - pod; 37 - mezencefal; 38 - neurohipofiză; 39 - hipotalamus; 40 - amigdala; 41 - tractul olfactiv; 42 - cortexul olfactiv
Partea senzorială a SNP. Percepția senzorială este conversia energiei unui stimul extern într-un semnal nervos. Este realizat de structuri specializate - receptori care percep impactul asupra organismului al diferitelor tipuri de energie externă, inclusiv stimuli mecanici, lumini, sonori, chimici, schimbări de temperatură. Receptorii sunt localizați la terminațiile periferice ale neuronilor aferenti primari, care transmit informațiile primite către sistemul nervos central de-a lungul fibrelor senzoriale ale nervilor, plexurilor, nervilor spinali și, în cele din urmă, de-a lungul rădăcinilor posterioare ale măduvei spinării ( sau de-a lungul nervilor cranieni). Corpurile celulare ale rădăcinilor dorsale și ale nervilor cranieni sunt localizate în ganglionii spinali (spinali) sau în ganglionii nervilor cranieni.
Partea motorie a PNS. Componenta motorie a SNP include neuronii motori somatici și autonomi (autonomi). Neuronii motori somatici inervează mușchii striați. Corpii celulari sunt localizați în coarnele anterioare ale măduvei spinării sau în trunchiul cerebral, au dendrite lungi care primesc multe intrări sinaptice. Neuronii motori ai fiecărui mușchi alcătuiesc un nucleu motor specific - un grup de neuroni SNC care au funcții similare. De exemplu, mușchii faciali sunt inervați din nucleul nervului facial. Axonii neuronilor motori somatici părăsesc SNC prin rădăcina anterioară sau prin nervul cranian.
Neuroni motori autonomi (autonomi). trimite nervii către fibrele musculare netede și glandele - neuronii preganglionari și postganglionari ai sistemului nervos simpatic și parasimpatic. Neuronii preganglionari sunt localizați în sistemul nervos central - în măduva spinării sau în trunchiul cerebral. Spre deosebire de neuronii motori somatici, neuronii preganglionari autonomi formează sinapse nu pe celule efectoare (mușchi netezi sau glande), ci pe neuronii postganglionari, care la rândul lor sunt în contact sinaptic direct cu efectorii.
1.2. Structura microscopică a sistemului nervos
Baza sistemului nervos sunt celulele nervoase, sau neuronii, specializati in primirea semnalelor primite si in transmiterea semnalelor catre alti neuroni sau celule efectoare. Pe lângă celulele nervoase, sistemul nervos conține celule gliale și elemente de țesut conjunctiv. Celulele neurogliei (din grecescul „glia” - lipici) sunt
efectuează funcții de susținere, trofice, de reglare în sistemul nervos, participând la aproape toate tipurile de activitate neuronală. Cantitativ, ele prevalează asupra neuronilor și ocupă întregul volum dintre vase și celulele nervoase.
Celula nervoasa
Principala unitate structurală și funcțională a sistemului nervos este neuronul (Fig. 1.3). Într-un neuron se disting un corp (soma) și procese: dendrite și un axon. Soma și dendritele reprezintă suprafața receptivă a celulei. Axonul unei celule nervoase formează conexiuni sinaptice cu alți neuroni sau cu celule efectoare. Un impuls nervos se propagă întotdeauna într-o singură direcție: de-a lungul dendritelor către corpul celular, de-a lungul axonului - de la corpul celular (legea lui Ramon y Cajal de polarizare dinamică a celulei nervoase). De regulă, un neuron are multe „intrari” efectuate de dendrite și o singură „ieșire” (axon) (vezi Fig. 1.3).
Neuronii comunică între ei folosind potențiale de acțiune care se propagă de-a lungul axonilor. Potențialele de acțiune sunt transmise de la un neuron la altul ca rezultat al transmiterii sinaptice. Un potențial de acțiune care ajunge la capătul presinaptic declanșează de obicei eliberarea unui neurotransmițător, care fie excită celula postsinaptică astfel încât să aibă loc o descărcare a unuia sau mai multor potențiale de acțiune în ea, fie îi inhibă activitatea. Axonii nu transmit doar informații în nerv
Orez. 1.3. Structura unui neuron. DAR- Un neuron tipic, format din corpul propriu-zis, dendrite si un axon: 1 - inceputul axonului; 2 - dendrite; 3 - corp neuronal; 4 - axon; 5 - cușcă Schwann; 6 - ramificarea axonului. B- Corp neuronal mărit. Dealul axonal nu contine substanta lui Nissl: 7 - miez; 8 - Aparat Golgi; 9 - mitocondrii; 10 - deal axonal; 11 - Substanță Nissl
lanțuri, dar și furnizează substanțe chimice prin transportul axonilor către terminațiile sinaptice.
Există numeroase clasificări ale neuronilor în funcție de forma corpului lor, lungimea și forma dendritelor și alte caracteristici (Fig. 1.4). După semnificația lor funcțională, celulele nervoase sunt împărțite în aferente (senzoriale, senzoriale), care transmit impulsuri către centru, eferente (motorii, motorii), transportând informații de la centru către periferie și interneuroni, în care impulsurile sunt procesate și colaterale. legăturile sunt organizate.
O celulă nervoasă îndeplinește două funcții principale: procesarea specifică a informațiilor primite și transmiterea unui impuls nervos și biosintetică, care vizează menținerea activității sale vitale. Aceasta își găsește expresia în ultrastructura celulei nervoase. Transferul de informații de la o celulă nervoasă la alta, unificarea celulelor nervoase în sisteme și complexe de complexitate diferită sunt efectuate de structurile neuronilor: axoni, dendrite și sinapse. Organele asociate cu asigurarea metabolismului energetic, funcția de sinteză a proteinelor a celulei, se găsesc în majoritatea celulelor; în celulele nervoase, ele îndeplinesc funcțiile de alimentare cu energie a celulei, de procesare și transmitere a informațiilor (vezi Fig. 1.3).
Structura unui neuron. Soma. Corpul celulei nervoase are o formă rotundă sau ovală, în centru (sau ușor excentric) se află nucleul. Conține nucleolul și este înconjurat de membrane nucleare exterioare și interioare de aproximativ 70 Å grosime fiecare, separate de peri-
Orez. 1.4. Variante de neuroni de diferite forme.
DAR- neuron pseudo-unipolar. B- Celula Purkinje (dendrite, axon). LA- celula piramidala (axon). G- motoneuron al cornului anterior (axon)
spațiu nuclear, ale cărui dimensiuni sunt variabile. În carioplasmă sunt distribuite bulgări de cromatină, localizate în principal la nivelul membranei nucleare interioare. În citoplasma celulelor nervoase există elemente ale unui reticul citoplasmatic granular și negranular, polizomi, ribozomi, mitocondrii, lizozomi, corpuri cu mai multe bule și alte organite (Fig. 1.5).
Aparatul de biosinteză în neuroni include corpuri Nissl - cisterne turtite ale reticulului endoplasmatic granular strâns adiacente unul altuia, precum și un aparat Golgi bine definit. În plus, soma conține numeroase mitocondrii, care îi determină metabolismul energetic, și elemente ale citoscheletului, inclusiv neurofilamente și microtubuli. Lizozomii și fagozomii sunt organele principale ale „tractului digestiv intracelular”.
Dendritele. Dendritele și ramurile lor determină câmpul receptiv al unei anumite celule (vezi Fig. 1.5). O examinare microscopică electronică arată că corpul unui neuron se transformă treptat într-o dendrite. Nu există o limită ascuțită și diferențe pronunțate în ultrastructura somei și secțiunea inițială a unei dendrite mari. Dendritele sunt foarte variabile ca formă, dimensiune, ramificare și ultrastructură. De obicei, mai multe dendrite se extind din corpul celular. Lungimea dendritei poate depăși 1 mm, ele reprezintă mai mult de 90% din suprafața neuronului.
Componentele principale ale citoplasmei dendritice sunt microtubulii și neurofilamentele; părţile proximale ale dendritelor (mai aproape de corpul celular) conţin corpi Nissl şi secţiuni ale aparatului Golgi. Anterior, se credea că dendritele sunt neexcitabile din punct de vedere electric; acum s-a dovedit că dendritele multor
Orez. 1.5. Ultrastructura celulei nervoase.
1 - miez; 2 - reticul endoplasmatic granular; 3 - complex lamelar (Golgi); 4 - mitocondrii; 5 - lizozomi; 6 - corp multivezicular; 7 - polizomi
neuronii au conductivitate dependentă de tensiune, care se datorează prezenței canalelor de calciu pe membranele lor, la activarea cărora se generează potențiale de acțiune.
Axon. Axonul își are originea la dealul axonal - o secțiune specializată a celulei (de obicei soma, dar uneori dendrita) (vezi Fig. 1.3). Axonul și dealul axonului diferă de soma și porțiunile proximale ale dendritelor prin absența unui reticul endoplasmatic granular, a ribozomilor liberi și a aparatului Golgi. Axonul conține un reticul endoplasmatic neted și un citoschelet pronunțat.
Axonii sunt acoperiți cu o teacă de mielină, formând fibre de mielină. Legăturile de fibre (care pot conține fibre individuale nemielinice) alcătuiesc substanța albă a creierului, nervilor cranieni și periferici. Când axonul trece în terminația presinaptică plină cu vezicule sinaptice, axonul formează o extensie în formă de con.
Întrețeserea axonilor, dendritelor și proceselor celulelor gliale creează modele complexe, nerepetate ale neuropilului. Distribuția axonilor și a dendritelor, pozițiile lor relative, relațiile aferente-eferente, modelele de sinaptoarhitectonic determină mecanismele funcției integrative a creierului.
Tipuri de neuroni. Polimorfismul în structura neuronilor este determinat de rolul lor diferit în activitatea sistemică a creierului în ansamblu. Astfel, neuronii ganglionilor rădăcinilor posterioare ale măduvei spinării (ganglionii spinali) primesc informații nu prin transmisie sinaptică, ci de la terminațiile nervoase senzoriale din organele receptore. În conformitate cu aceasta, corpurile celulare ale acestor neuroni sunt lipsite de dendrite și nu primesc terminații sinaptice (celule bipolare; Fig. 1.6). După părăsirea corpului celular, axonul unui astfel de neuron este împărțit în două ramuri, dintre care una (procesul periferic) este trimisă ca parte a nervului periferic către receptor, iar cealaltă ramură (procesul central) intră în coloana vertebrală. cordonul (ca parte a rădăcinii posterioare) sau trunchiul cerebral (în cadrul nervului cranian). Alte tipuri de neuroni, cum ar fi celulele piramidale din cortexul cerebral și celulele Purkinje din cortexul cerebelos, sunt ocupate cu procesarea informațiilor. Dendritele lor sunt acoperite cu spini dendritici și au o suprafață întinsă; ele primesc un număr mare de intrări sinaptice (celule multipolare; vezi Fig. 1.4, 1.6). Se pot clasifica neuronii în funcție de lungimea axonilor lor. În neuronii Golgi de tip 1, axonii sunt scurti, se termină, ca dendrite, aproape de somă. Neuronii de al 2-lea tip au axoni lungi, uneori mai lungi de 1 m.
neuroglia
Un alt grup de elemente celulare ale sistemului nervos este neuroglia (Fig. 1.7). În SNC uman, numărul de celule neurogliale este cu un ordin de mărime mai mare decât numărul de neuroni: 10 13 și, respectiv, 10 12. O relație morfologică strânsă stă la baza interacțiunilor fiziologice și patologice dintre glia și neuroni. Relația lor este descrisă de conceptul de procese dinamice de semnalizare neuronal-glială. Capacitatea de a transmite semnale de la neuroni la glia și, prin urmare, la alți neuroni, deschide multe opțiuni pentru „discursul încrucișat” intercelular.
Există mai multe tipuri de neuroglia; în SNC, neuroglia este reprezentată de astrocite și oligodendrocite, iar în SNP de celule Schwann și celule satelit. În plus, celulele microgliale și celulele ependimale sunt considerate celule gliale centrale.
astrocite(numite datorită formei lor stelate) reglează starea micromediului din jurul neuronilor SNC. Procesele lor înconjoară grupuri de terminații sinaptice, care sunt izolate ca urmare de sinapsele învecinate. Procese speciale - „picioarele” astrocitelor formează contacte cu capilarele și țesutul conjunctiv de pe suprafața creierului și a măduvei spinării (pia mater) (Fig. 1.8). Picioarele limitează difuzia liberă a substanțelor în SNC. Astrocitele pot absorbi activ K+ și neurotransmițătorii și apoi îi pot metaboliza. Datorită permeabilității crescute selectiv pentru ionii de K+, astroglia reglează activarea enzimelor necesare pentru a menține metabolismul neuronilor, precum și pentru a elimina mediatorii și alți agenți eliberați în timpul neuro-
Orez. 1.6. Clasificarea neuronilor în funcție de numărul de procese care se extind din corpul celular.
DAR - bipolar. B- pseudo-unipolar. LA- multipolar. 1 - dendrite; 2 - axon
Orez. 1.7. Principalele tipuri de celule gliale.
DAR- Astrocitul protoplasmatic. B- celula microgliala. LA- oligoderdrocite. G- astrocit fibros
activitate finală. Astroglia este implicată în sinteza mediatorilor imunitari: citokine, alte molecule de semnalizare (guanozin monofosfat ciclic - comMP, oxid nitric - NO), apoi transferat neuronilor - în sinteza factorilor de creștere gliali ( GDNF), implicate în trofismul și repararea neuronilor. Astrocitele sunt capabile să răspundă la o creștere a concentrației sinaptice a neurotransmițătorilor și la modificările activității electrice a neuronilor prin modificări ale concentrației intracelulare de Ca2+. Aceasta creează o „undă” de migrare a Ca 2+ între astrocite, capabilă să moduleze starea multor neuroni.
Astfel, astroglia, nefiind doar o componentă trofică a sistemului nervos, este implicată în funcționarea specifică a țesutului nervos. În citoplasma astrocitelor există filamente gliale care îndeplinesc o funcție mecanică de sprijin în țesutul SNC. În caz de deteriorare, procesele astrocitelor care conțin filamente gliale suferă hipertrofie și formează o cicatrice glială.
functie principala oligodendrocite este de a asigura izolarea electrică a axonilor prin formarea unei teci de mielină (Fig. 1.9). Este un înveliș multistrat înfășurat spiralat peste membrana plasmatică a axonilor. În SNP, teaca de mielină este formată din membranele celulelor Schwann (vezi Figura 1.18). Mielină Prezente
Este un pachet de foi de membrane plasmatice specifice bogate in fosfolipide, si contine si mai multe tipuri de proteine, diferite in SNC si SNP. Structurile proteice permit membranelor plasmatice să se împacheteze strâns. Odată cu creșterea membranei celulare gliale, aceasta se rotește în jurul axonului neuronului cu formarea unei spirale stratificate cu o membrană plasmatică dublă în jurul axonului. Grosimea tecii de mielină poate fi de 50-100 de membrane, care joacă rolul de izolator electric al axonului, împiedicând schimbul de ioni între citosolul axonului și mediul extracelular.
În plus, neuroglia include celule satelit care încapsulează neuronii ganglionilor nervilor spinali și cranieni, reglând micromediul din jurul acestor neuroni în același mod în care o fac astrocitele (Fig. 1.10).
Un alt tip de celulă microglia, sau fagocite latente. Microglia este singura reprezentare a celulelor imunocompetente din SNC. Este larg reprezentat în tot țesutul cerebral uman și reprezintă 9-12% din populația totală glială din substanța cenușie și 7,5-9% din substanța albă. Spre deosebire de astrocite, celulele microgliale provin din celule stem și, în condiții normale, s-au ramificat.
Orez. 1.8. Interacțiunea astrocitelor cu elementele celulare din jur.
1 - tanicit; 2 - cavitatea ventriculului; 3 - celule ependimale; 4 - capilar; 5 - neuron; 6 - axon mielinizat; 7 - pia mater; 8 - spațiul subarahnoidian.
Figura prezintă două astrocite și relația lor cu celulele ependimale care căptușesc ventriculul, pericarionul, dendritele neuronilor, capilarul și epiteliul scuamos pia mater. Trebuie remarcat faptul că această figură este schematică și conectarea neuronului simultan cu ventriculul și spațiul subarahnoidian este puțin probabilă.
Orez. 1.9. Oligodendrocite: formarea tecii de mielină a axonului. 1 - axon; 2 - mielina; 3 - reticul endoplasmatic neted; 4 - neurofilamente; 5 - mitocondriile
Orez. 1.10. Interacțiunea celulelor gliale și a neuronilor. Afișat schematic prin săgeți. 1 - celula glială satelit; 2 - celule gliale care sintetizează mielina
formă vâscoasă cu multe procese. Activarea microgliei, în special în condiții de hipoxie, este însoțită de producerea de mediatori proinflamatori cu proprietăți toxice. Reacția inflamatorie cronică pe care o întrețin în țesutul cerebral duce la pierderi neuronale întârziate, tulburări de microcirculație și modificări ale funcției barierei hemato-encefalice.
În condiții patologice, celulele microgliale își retrag procesele și capătă o formă ameboidă, ceea ce corespunde activării lor funcționale pronunțate până la starea de fagocitoză. Când țesutul cerebral este deteriorat, microglia, împreună cu fagocitele care pătrund în SNC din fluxul sanguin, contribuie la îndepărtarea produselor de degradare celulară.
Țesutul SNC este separat de lichidul cefalorahidian (LCR) care umple ventriculii creierului printr-un epiteliu care este format din celule ependimale. Ependimul mediază difuzia multor substanțe între spațiul extracelular al creierului și LCR. LCR este secretat de celulele ependimale specializate ale plexurilor coroidiene din sistemul ventricular.
Furnizarea de nutrienți a celulelor creierului și eliminarea deșeurilor celulare au loc prin vascular
sistem. Deși țesutul nervos este plin de capilare și alte vase de sânge, bariera hemato-encefalică (BBB) limitează difuzia multor substanțe între sânge și țesutul SNC.
1.3. Transmiterea electrică a informațiilor între neuroni
Activitatea normală a sistemului nervos depinde de excitabilitatea neuronilor săi. Excitabilitate- aceasta este capacitatea membranelor celulare de a răspunde la acțiunea stimulilor adecvați cu modificări specifice ale conductivității ionice și ale potențialului membranar. Excitaţie- un proces electrochimic care are loc exclusiv pe membrana citoplasmatică a celulei și se caracterizează prin modificări ale stării sale electrice, care declanșează o funcție specifică fiecărui țesut. Astfel, excitarea membranei musculare determină contracția acesteia, iar excitarea membranei neuronului determină conducerea unui semnal electric de-a lungul axonilor. Neuronii au nu numai controlați de tensiune, adică. canale ionice reglate prin acțiunea unui excitator electric, dar și chimiocontrolate și controlate mecanic.
Există diferențe în relația dintre potențialul membranei/permeabilitatea membranei și tipul de stimul. Când este expus la un stimul electric, lanțul de evenimente este după cum urmează: stimul (curent electric) => deplasarea potențialului de membrană (la potențialul critic) => activarea canalelor ionice dependente de tensiune => modificarea permeabilității ionice a membranei => modificarea curenților ionici prin membrană => deplasare suplimentară în potenţialul de membrană (formarea unui potenţial de acţiune).
Când este expus la un stimul chimic, are loc un lanț de evenimente fundamental diferit: stimul (substanță chimică) => legarea chimică a stimulului și receptorul canalului ionic controlat de chimio => modificarea conformării complexului ligand-receptor și deschiderea canalelor de ioni controlate de receptor (controlat de chimio) => modificarea permeabilitatea ionică a membranei => modificarea curenților de ioni prin membrană => schimbarea potențialului de membrană (formare, de exemplu potențial local).
Lanțul de evenimente sub influența unui stimul mecanic este similar cu cel precedent, deoarece în acest caz receptorii sunt și ei activați.
canale ionice închise: stimul (stres mecanic) => modificarea tensiunii membranei => deschiderea canalelor ionice controlate de receptor (controlate mecanic) => modificarea permeabilității ionilor membranei => modificarea curenților de ioni prin membrană => schimbarea potențialului membranei (formarea mecanică a potenţial indus).
Proprietățile electrice pasive ale unei celule sunt legate de proprietățile electrice ale membranei, citoplasmei și mediului extern. Proprietățile electrice ale membranei celulare sunt determinate de caracteristicile sale capacitive și rezistive, deoarece stratul dublu lipidic poate fi asemănat direct atât cu un condensator, cât și cu un rezistor. Caracteristicile capacitive ale bistratului lipidic și ale membranei reale sunt similare, în timp ce cele rezistive diferă prin prezența, în primul rând, a proteinelor care formează canale ionice. Pentru majoritatea celulelor, rezistența de intrare se comportă neliniar: pentru curentul care curge într-o direcție, este mai mare decât pentru direcția opusă. Această proprietate a asimetriei reflectă o reacție activă și se numește îndreptare. Curentul care trece prin membrană este determinat de componentele capacitive și rezistive. Componenta rezistivă descrie curentul ionic real, deoarece electricitatea este transportată în celulă de ioni. Mișcarea ionilor în interiorul sau în afara celulei este împiedicată de membrana plasmatică. Deoarece membrana este un strat dublu lipidic care este impermeabil la ioni, este rezistentă. În schimb, membrana are o anumită conductivitate pentru ionii care trec prin canalele ionice. Din cauza obstacolului în calea liberei mișcări a ionilor, aceiași ioni se găsesc în exteriorul și în interiorul celulei, dar în concentrații diferite.
Există două mecanisme fundamentale pentru mișcarea substanțelor prin membrană - prin difuzie simplă (Fig. 1.11) și când
Orez. 1.11. Transportul substanțelor prin membrana celulară.
DAR- difuzie simplă. B- difuzie facilitată. LA- transport activ: 1- membrana
puterea purtătorilor specifici încorporați în membrană și reprezentând proteine integrale transmembranare. Ultimul mecanism include difuzia facilitată și transportul ionilor activi, care pot fi activi primar și activi secundar.
Prin difuzie simplă (fără ajutorul unui purtător), compușii organici insolubili în apă și gazele (oxigen și dioxid de carbon) pot fi transportați prin bistratul lipidic prin dizolvarea acestora în lipidele membranei celulare; ioni Na +, Ca 2+, K +, Cl - prin canalele ionice ale membranei celulare, conectând citoplasma celulelor cu mediul extern (transport pasiv de ioni, care este determinat de un gradient electrochimic și este direcționat dintr-un electrochimic mai mare). potențial la unul mai mic: în interiorul celulei pentru ionii Na +, Ca 2+, Cl -, în exterior - pentru ionii K +); moleculele de apă prin membrană (osmoză).
Cu ajutorul purtătorilor specifici, se realizează difuzia facilitată independentă de energie a unui număr de compuși (vezi Fig. 1.11). Un exemplu izbitor de difuzie facilitată este transportul glucozei prin membrana neuronului. Fără un transportor astrocitar specializat, intrarea glucozei în neuroni ar fi practic imposibilă, deoarece este o moleculă polară relativ mare. Datorită conversiei sale rapide în glucoză-6-fosfat, nivelul de glucoză intracelular este mai scăzut decât nivelul extracelular și astfel se menține un gradient pentru a asigura un flux continuu de glucoză în neuroni.
Transportul activ primar dependent de energie al ionilor de Na+, Ca2+, K+ și H+ este transportul dependent de energie al substanțelor împotriva gradienților lor electrochimici (vezi Fig. 1.11). Datorită lui, celulele pot acumula ioni în concentrații mai mari decât în mediu. Trecerea de la o concentrație mai mică la o concentrație mai mare și menținerea unui gradient în stare de echilibru sunt posibile numai cu alimentare continuă cu energie în procesul de transport. Transportul activ primar implică consumul direct de ATP. Pompele de energie ATP (ATPaza) transportă ioni împotriva gradientului lor de concentrație. Pe baza caracteristicilor organizării moleculare se disting 3 clase - P, V și F (Fig. 1.12). Toate cele trei clase de ATPaze au unul sau mai multe situsuri de legare a ATP pe suprafața membranei citosolice. Clasa P include Ca2+-ATPaza și Na+/K+-ATPaza. Purtătorii de ioni activi sunt specifici pentru substanța transportată și sunt saturabili, adică. fluxul lor este maxim atunci când toate locurile specifice de legare la substanța transportată sunt ocupate.
Mulți gradienți ai potențialului electrochimic al celulei, care sunt o condiție necesară pentru transportul pasiv al ionilor, apar ca urmare a transportului lor activ. Astfel, gradienții K + și Na + apar ca urmare a transferului lor activ de Na + / K + - de către pompă (Fig. 1.13). Datorită activității pompei Na + /K + în interiorul celulei, ionii K + sunt prezenți într-o concentrație mai mare, dar au tendința de a trece prin difuzie în mediul extracelular de-a lungul gradientului de concentrație. Pentru a menține egalitatea sarcinilor pozitive și negative în interiorul celulei, eliberarea ionilor K + în mediul extern trebuie compensată prin intrarea ionilor Na + în celulă. Deoarece membrana în repaus este mult mai puțin permeabilă la ionii Na + decât la ionii K +, potasiul trebuie să părăsească celula de-a lungul unui gradient de concentrație. Ca urmare, o sarcină pozitivă se acumulează în exteriorul membranei, iar o sarcină negativă se acumulează în interior. Aceasta menține potențialul de repaus al membranei.
Transportul activ secundar al unui număr de ioni și molecule folosește, de asemenea, energia acumulată ca urmare a consumului de ATP și cheltuită pentru crearea unui gradient de concentrație. Gradientul de concentrație ionică relativ la membrană este utilizat ca sursă de energie creată prin transportul activ primar (Fig. 1.14). Astfel, transportul activ secundar include cotransportul și contratransportul: fluxul de ioni de la o concentrație mai mare (stare de energie mai mare) la o concentrație mai mică (stare de energie mai scăzută) furnizează energie pentru a muta substanța transportată activ din regiunea sa de concentrație scăzută în regiunea sa de concentrație mare.
Orez. 1.12. Trei clase de pompe ionice dependente de ATP. DAR- Clasa P. B- F 1 - clasa LA-V 1 -clasa
Potențialele celulare determinate de transportul pasiv de ioni
Ca răspuns la subprag, aproape de impulsurile de curent electric de prag și prag, apar un potențial electrotonic pasiv, un răspuns local și, respectiv, un potențial de acțiune (Fig. 1.15). Toate aceste potențiale sunt determinate de transportul pasiv de ioni prin membrană. Apariția lor necesită polarizarea membranei celulare, care poate fi efectuată extracelular (observat de obicei pe fibrele nervoase) și intracelular (observat de obicei pe corpul celular).
Potențial electrotonic pasiv apare ca răspuns la un impuls subprag, care nu duce la deschiderea canalelor ionice și este determinat doar de proprietățile capacitive și rezistive ale membranei celulare. Potențialul electrotonic pasiv este caracterizat de o constantă de timp, care reflectă proprietățile pasive ale membranei, cursul în timp al modificărilor potențialului membranei, adică. rata cu care se schimbă de la o valoare la alta. Trece-
Orez. 1.13. Mecanismul de funcționare al pompei Na + /K +
Orez. 1.14. Mecanismul de funcționare al transportului secundar-activ. DAR- Etapa 1. B- Etapa 2. LA- Etapa 3: 1 - Na+; 2 - molecula substanței de transferat față de gradientul de concentrație; 3 - transportor. Când Na + se leagă de purtător, apar modificări alosterice în locul de legare al proteinei purtătoare pentru molecula substanței transferate, ceea ce determină o modificare conformațională a proteinei purtătoare, permițând ionilor Na + și substanței legate să iasă pe cealaltă parte. partea laterală a membranei
Un potențial electrotonic puternic este caracterizat de egalitatea ratelor de creștere și scădere ale exponentului. Există o relație liniară între amplitudinile stimulului electric și potențialul electrotonic pasiv, iar o creștere a duratei pulsului nu schimbă acest model. Potențialul electrotonic pasiv se propagă de-a lungul axonului cu atenuare, care este determinată de lungimea constantă a membranei.
Când puterea impulsului electric se apropie de valoarea de prag, răspuns local membranar, care se manifestă prin modificarea formei potenţialului electrotonic pasiv şi dezvoltarea unui vârf independent de amplitudine mică, asemănător cu o curbă în formă de S (vezi Fig. 1.15). Primele semne ale unui răspuns local sunt înregistrate sub acțiunea unor stimuli care reprezintă aproximativ 75% din valoarea pragului. Odată cu creșterea curentului iritant, amplitudinea răspunsului local crește neliniar și poate nu numai să atingă potențialul critic, ci și să-l depășească, fără a se dezvolta, totuși, într-un potențial de acțiune. Dezvoltarea independentă a unui răspuns local este asociată cu o creștere a permeabilității la sodiu a membranei prin canalele de sodiu care asigură un curent de intrare, care, la un stimul de prag, determină faza de depolarizare a potențialului de acțiune. Cu toate acestea, cu un stimul sub prag, această creștere a permeabilității este insuficientă pentru a declanșa procesul de depolarizare regenerativă a membranei, deoarece doar o mică parte din canalele de sodiu se deschid. A inceput de-
Orez. 1.15. potențialele membranei celulare.
DAR- Dinamica modificărilor potenţialului membranei în funcţie de intensitatea impulsului curentului electric depolarizant. B- Cresterea discreta a fortei impulsului depolarizant
polarizarea se oprește. Ca urmare a eliberării ionilor K + din celulă, potențialul revine la nivelul potențialului de repaus. Spre deosebire de potențialul de acțiune, răspunsul local nu are un prag clar de apariție și nu se supune legii totul sau nimic: odată cu creșterea puterii impulsului electric, amplitudinea răspunsului local crește. În organism, răspunsul local este expresia electrofiziologică a excitației locale și de obicei precede potențialul de acțiune. Uneori, un răspuns local poate exista de la sine sub forma unui potențial postsinaptic excitator. Exemple de valoare independentă a potențialului local sunt conducerea excitației de la celulele amacrine ale retinei - neuronii SNC lipsiți de axoni, la terminațiile sinaptice, precum și răspunsul membranei postsinaptice a unei sinapse chimice și transmiterea comunicativă a informațiilor între celulele nervoase care generează potenţiale sinaptice.
La valoarea de prag a impulsului electric iritant, potential de actiune, constând din faze de depolarizare şi repolarizare (Fig. 1.16). Potențialul de acțiune începe ca urmare a deplasării potențialului de repaus (de exemplu, de la -90 mV) la nivelul potențialului critic (diferit pentru celule de diferite tipuri) sub acțiunea unui impuls dreptunghiular de curent electric. Faza de depolarizare se bazează pe activarea tuturor canalelor de sodiu dependente de tensiune, urmată de
Orez. 1.16. Modificări ale potențialului de membrană al unui neuron (DAR)și conductivitatea ionilor prin plasmalemă (B) când apare un potențial de acțiune. 1 - depolarizare rapida; 2 - depășire; 3 - repolarizare; 4 - potenţial de prag; 5 - hiperpolarizare; 6 - potenţial de odihnă; 7 - depolarizare lentă; 8 - potenţial de acţiune; 9 - permeabilitatea pentru ionii de sodiu; 10 - permeabilitate pentru ionii de potasiu.
Curbele de conducere ionică sunt interconectate cu curba potențialului de acțiune
Ca rezultat, transportul pasiv al ionilor de Na + în celulă crește și are loc o schimbare a potențialului membranei până la 35 mV (acest nivel de vârf este diferit pentru celulele de diferite tipuri). Excesul de potențial de acțiune deasupra liniei zero se numește depășire. La atingerea vârfului, valoarea potențialului cade în regiunea negativă, atingând potențialul de repaus (faza de repolarizare). Repolarizarea se bazează pe inactivarea canalelor de sodiu dependente de tensiune și activarea canalelor de potasiu dependente de tensiune. Ionii K + trec din celulă prin transport pasiv și curentul rezultat duce la o deplasare a potențialului membranei către regiunea negativă. Faza de repolarizare se termină cu hiperpolarizare în urme sau depolarizare în urmă - mecanisme ionice alternative pentru readucerea potențialului de membrană la nivelul potențialului de repaus (vezi Fig. 1.16). Cu primul mecanism, repolarizarea atinge o valoare de repaus și continuă mai departe într-o zonă mai negativă, după care revine la nivelul potențialului de repaus (hiperpolarizare urme); în al doilea, repolarizarea are loc lent și trece lin în potențialul de repaus (depolarizare în urmă). Dezvoltarea potențialului de acțiune este însoțită de schimbări de fază în excitabilitatea celulelor - de la excitabilitate crescută la refractaritate absolută și relativă.
Activitatea bioelectrică a neuronilor
Primul tip de activitate bioelectrică a celulelor este inerentă neuronilor tăcuți, care nu sunt capabili să genereze în mod independent potențiale de acțiune. Potențialul de repaus al acestor celule nu se modifică (Fig. 1.17).
Neuronii de al doilea tip sunt capabili să genereze în mod independent potențiale de acțiune. Printre acestea se disting celulele care generează activitate ritmică sau de explozie regulată și neregulată (o explozie constă din mai multe potențiale de acțiune, după care se observă o perioadă scurtă de repaus).
Al treilea tip de activitate bioelectrică include neuronii care pot genera independent fluctuații ale potențialului de repaus al unei forme sinusoidale sau dinți de ferăstrău care nu ating potențialul critic. Doar oscilațiile rare pot atinge pragul și pot provoca generarea de potențiale de acțiune unică. Acești neuroni sunt numiți neuroni stimulatori cardiaci (Fig. 1.17).
„Comportamentul” neuronilor individuali și interacțiunile interneuronale sunt influențate de polarizarea pe termen lung (depolarizare sau hiperpolarizare) a membranelor celulare postsinaptice.
Stimularea neuronilor cu un curent electric depolarizant constant determină răspunsuri cu descărcări ritmice de potențiale de acțiune. După încetarea depolarizării prelungite a membranei, inhibarea post-activare in care celula este incapabila sa genereze potentiale de actiune. Durata etapei de inhibiție post-activare se corelează direct cu amplitudinea curentului de stimulare. Apoi, celula restabilește treptat ritmul obișnuit de generare a potențialului.
Dimpotrivă, un curent hiperpolarizant constant inhibă dezvoltarea potențialului de acțiune, ceea ce are o importanță deosebită în raport cu neuronii cu activitate spontană. O creștere a hiperpolarizării membranei celulare duce la o scădere a frecvenței activității spike și la o creștere a amplitudinii fiecărui potențial de acțiune; următoarea etapă este încetarea completă a generării potențiale. După încetarea hiperpolarizării prelungite a membranei, începe faza activare post-frânare, când celula începe să genereze spontan, la o frecvență mai mare decât de obicei, potențiale de acțiune. Durata etapei de activare post-activare se corelează direct cu amplitudinea curentului hiperpolarizant, după care celula restabilește treptat ritmul obișnuit de generare a potențialului.
Orez. 1.17. Tipuri de activitate bioelectrică a celulelor nervoase
1.4. Conducerea excitației de-a lungul fibrei nervoase
Modelele de conducere a excitației de-a lungul fibrelor nervoase sunt determinate atât de caracteristicile electrice, cât și morfologice ale axonilor. Trunchiurile nervoase sunt compuse din fibre mielinizate și nemielinice. Membrana unei fibre nervoase nemielinice este în contact direct cu mediul extern, adică. schimbul de ioni între mediul intracelular şi cel extracelular poate avea loc în orice punct al fibrei nemielinice. Fibra nervoasă mielinică este acoperită într-o măsură mai mare de o teacă grasă (mielină) care acționează ca un izolator (vezi Fig. 1.18).
Mielina dintr-o celulă glială formează o regiune de fibre nervoase mielinice, separată de următoarea regiune formată de o altă celulă glială, o zonă nemielinică - interceptarea Ranvier (Fig. 1.19). Lungimea nodului lui Ranvier este de numai 2 µm, iar lungimea secțiunii de fibre mielinice dintre nodurile adiacente ale lui Ranvier ajunge la 2000 µm. Nodulii Ranvier sunt complet lipsiți de mielină și pot intra în contact cu lichidul extracelular, de exemplu. activitatea electrică a fibrei nervoase mielinice este limitată de membrana de interceptare Ranvier, prin care ionii sunt capabili să pătrundă. În aceste regiuni ale membranei, se observă cea mai mare densitate a canalelor de sodiu dependente de tensiune.
Potențialul electrotonic pasiv se propagă de-a lungul fibrei nervoase pe distanțe scurte (Fig. 1.20), în timp ce amplitudinea acestuia
Orez. 1.18. Schema de mielinizare a unei fibre nervoase periferice. DAR- Stadiile de mielinizare. a - axonul este prins prin procesul celulei Schwann; b - procesul celulei Schwann se înfășoară în jurul axonului; c - Celula Schwann pierde cea mai mare parte din citoplasmă, transformându-se într-o teacă lamelară în jurul axonului. B- Axoni nemielinizați înconjurați de un proces celular Schwann
Orez. 1.19. Structura interceptării Ranvier.
1 - membrana plasmatica axonilor;
2 - membrane de mielina; 3 - citosol al celulei Schwann; 4 - Zona de interceptare Ranvier; 5 - membrana plasmatică a celulei Schwann
acolo, rata de creștere și scădere scade odată cu distanța (fenomen de dezintegrare a excitației). Propagarea excitației sub forma unui potențial de acțiune nu este însoțită de o modificare a formei sau amplitudinii potențialului, deoarece canalele ionice dependente de tensiune sunt activate în timpul depolarizării pragului, care nu are loc în timpul propagării unui potențial electrotonic pasiv. . Procesul de propagare a potențialului de acțiune depinde de proprietățile pasive (capacitate, rezistență) și active (activarea canalelor controlate de tensiune) ale membranei fibrei nervoase.
Atât mediul intern, cât și cel extern al axonului este un bun conductor. Membrana axonală, în ciuda proprietăților sale izolatoare, poate conduce curentul și datorită prezenței canalelor de „scurgere” ionică. Când o fibră nemielinică este iritată, la locul iritației se deschid canale de sodiu dependente de tensiune, ceea ce determină apariția unui curent de intrare și generarea unei faze de depolarizare a potențialului de acțiune în această secțiune a axonului. Curentul de Na + de intrare induce cercuri de curent local între regiunile depolarizate și nedepolarizate ale membranei. Datorită mecanismului descris în fibra nemielinică, potențialul de acțiune se propagă în ambele direcții de la locul de excitație.
Într-o fibră nervoasă mielinică, potențialele de acțiune sunt generate numai la nodurile lui Ranvier. Rezistenta electrica a zonelor acoperite cu teaca de mielina este mare si nu permite dezvoltarea unor curenti circulari locali, necesari pentru a genera un potential de actiune. Odată cu răspândirea excitației de-a lungul fibrei mielinice, impulsul nervos sare de la o interceptare a lui Ranvier la alta (conducție saltatorie) (vezi Fig. 1.20). În acest caz, potențialul de acțiune se poate răspândi în ambele direcții de la locul iritației, ca într-o fibră nemielinică. Conducere saltatorie
Orez. 1.20. Schema de distribuție a potențialului electric de-a lungul fibrei nervoase.
A- Propagarea potenţialului de acţiune de-a lungul axonului nemielinizat: a - axon în repaus; b - iniţierea potenţialului de acţiune şi apariţia curenţilor locali; c - distributia curentilor locali; d - propagarea potenţialului de acţiune de-a lungul axonului. B- Propagarea potențialului de acțiune din corpul neuronului până la terminația terminală. B- Conducerea impulsului saltator de-a lungul fibrei mielinice. Nodurile lui Ranvier separă segmente ale tecii de mielină axonului
conducerea impulsului asigură o viteză de excitație de 5-50 de ori mai mare în comparație cu fibra nemielinică. În plus, este mai economic, deoarece depolarizarea locală a membranei axonului numai la nodul lui Ranvier duce la pierderea a 100 de ori mai puțini ioni decât formarea de curenți locali într-o fibră nemielinică. În plus, în timpul conducerii saltatorii, canalele de potasiu dependente de tensiune sunt minim implicate, drept urmare potențialele de acțiune ale fibrelor mielinizate adesea nu au o fază de hiperpolarizare urme.
Legile conducerii excitației de-a lungul fibrei nervoase Prima lege: când fibra nervoasă este iritată, excitația se răspândește de-a lungul nervului în ambele direcții.
A doua lege: propagarea excitației în ambele direcții are loc cu aceeași viteză.
A treia lege: excitația se răspândește de-a lungul nervului fără fenomenul de atenuare sau fără scădere. A patra lege: conducerea excitației de-a lungul fibrei nervoase este posibilă numai cu integritatea sa anatomică și fiziologică. Orice leziune a membranei de suprafață a fibrei nervoase (tăiere, compresie din cauza inflamației și umflarea țesuturilor din jur) perturbă conducerea iritației. Conducția este perturbată și atunci când starea fiziologică a fibrei se modifică: blocarea canalelor ionice, răcire etc.
A cincea lege: excitarea propagării de-a lungul fibrelor nervoase este izolată, adică nu trece de la o fibra la alta, ci excita doar acele celule cu care terminatiile acestei fibre nervoase intra in contact. Datorită faptului că compoziția nervului periferic include de obicei multe fibre diferite (motorii, senzoriale, vegetative), inervând diferite organe și țesuturi și îndeplinind diferite funcții, conducerea izolată de-a lungul fiecărei fibre are o importanță deosebită.
A șasea lege: fibra nervoasă nu obosește; potenţialul de acţiune al fibrei are aceeaşi amplitudine foarte mult timp.
A șaptea lege: viteza de conducere a excitației este diferită în diferite fibre nervoase și este determinată de rezistența electrică a mediului intra și extracelular, a membranei axonului și, de asemenea, de diametrul fibrei nervoase. Odată cu creșterea diametrului fibrei, viteza de conducere a stimulării crește.
Clasificarea fibrelor nervoase
Pe baza vitezei de conducere a excitației de-a lungul fibrelor nervoase, a duratei fazelor potențialului de acțiune și a caracteristicilor structurale, se disting trei tipuri principale de fibre nervoase: A, B și C.
Toate fibrele de tip A sunt mielinizate; ele sunt împărțite în 4 subgrupe: α, β, γ și δ. Cel mai mare diametru al fibrelor αA (12-22 microni), care determină viteza mare de excitare prin ele (70-170 m/s). Fibrele de tip αA la om conduc excitația de la neuronii motori ai coarnelor anterioare ale măduvei spinării la mușchii scheletici, precum și de la receptorii proprioceptivi musculari la centrii senzoriali ai sistemului nervos central.
Alte fibre tipul A(β, γ și δ) au un diametru mai mic, o viteză de conducere mai lentă și un potențial de acțiune mai lung. Aceste grupuri de fibre includ fibre preponderent senzoriale care conduc impulsurile de la diverși receptori din sistemul nervos central; excepția o constituie fibrele γA, care conduc excitația de la neuronii γ ai coarnelor anterioare ale măduvei spinării către fibrele musculare intrafusale.
fibre tip B tot mielinizata, legata in principal de fibrele preganglionare ale sistemului nervos autonom. Viteza de conducere de-a lungul acestora este de 3-18 m/s, durata potențialului de acțiune este de aproape 3 ori mai mare decât cea a fibrelor de tip A. Faza de depolarizare a urmei nu este caracteristică acestor fibre.
fibre tip C nemielinize, au un diametru mic (aproximativ 1 micron) și o viteză mică de excitare (până la 3 m/s). Majoritatea fibrelor de tip C sunt fibre postganglionare ale sistemului nervos simpatic, unele fibre de tip C sunt implicate în conducerea excitației de la durere, temperatură și alți receptori.
1.5. Codificarea
Informațiile transmise de-a lungul axonului într-un fel sau altul sunt codificate. Un set de neuroni care asigură o funcție specifică (de exemplu, o anumită modalitate senzorială) formează o cale de proiecție (prima metodă de codificare). Astfel, calea vizuală include neuronii retinieni, corpul geniculat lateral al talamusului și zonele vizuale ale cortexului cerebral. Axonii care conduc semnalele vizuale fac parte din nervul optic, tractul optic, radiația vizuală. Stimulul fiziologic pentru activarea sistemului vizual este lumina care lovește retina. Neuronii retiniani convertesc aceste informații și transmit semnalul mai departe de-a lungul căii vizuale. Cu toate acestea, cu stimularea mecanică sau electrică a neuronilor căii vizuale, apare și o senzație vizuală, deși, de regulă, una distorsionată. Deci, neuronii sistemului vizual constituie calea de proiecție, la activarea căreia apare o senzație vizuală. Căile motorii reprezintă, de asemenea, structuri de proiecție. De exemplu, atunci când anumiți neuroni ai cortexului cerebral sunt activați, se generează descărcări în neuronii motori ai mușchilor mâinii, iar acești mușchi se contractă.
A doua metodă de codificare se datorează principiului organizării spațiale ordonate (somatotopice) a SNC. Hărțile somatotopice sunt întocmite de anumite grupuri de neuroni din sistemele senzoriale și motorie. Aceste grupuri de neuroni, în primul rând, primesc informații din zone localizate corespunzător ale suprafeței corpului și, în al doilea rând, trimit comenzi motorii către anumite părți ale corpului. În sistemul vizual, zonele retinei sunt reprezentate în cortexul cerebral prin grupuri de neuroni care formează hărți retinotopice. În sistemul auditiv, caracteristicile de frecvență ale sunetelor sunt reflectate în hărți tonotopice.
A treia metodă de codificare a informațiilor se bazează pe variarea caracteristicilor secvențelor (seriilor) de impulsuri nervoase direcționate către
care rezultă din transmiterea sinaptică către următorul grup de neuroni, în timp ce mecanismul de codificare este organizarea temporară a descărcării impulsurilor nervoase. Sunt posibile diferite tipuri de astfel de codări. Rata medie de declanșare este adesea folosită ca cod: în multe sisteme senzoriale, o creștere a intensității stimulului este însoțită de o creștere a ratei de declanșare a neuronilor senzoriali. În plus, durata descărcării, diverse grupări de impulsuri în descărcare, durata exploziilor de impulsuri de înaltă frecvență etc. pot servi drept cod.
1.6. Efectuarea excitației între celule.
Interconexiunile dintre celulele nervoase sunt realizate prin contacte interneuronale sau sinapse. Informația sub forma unei serii de potențiale de acțiune vine de la primul neuron (presinaptic) la al doilea (postsinaptic) fie prin formarea unui curent local între celulele vecine (sinapsele electrice), fie indirect prin substanțe chimice - mediatori, neurotransmițători (sinapsele chimice) , sau folosind ambele mecanisme (sinapse mixte). Transmiterea rapidă a semnalului se realizează prin sinapse electrice, mai lente - chimice.
Sinapsele tipice sunt formațiuni formate din terminalele axonale ale unui neuron și dendritele altuia (sinapsele axodendritice). În plus, există sinapse axosomatice, axo-axonale și dendrodendritice (Fig. 1.21). Unii neuroni asociativi au o varietate de conexiuni sinaptice (Fig. 1.22). Sinapsa dintre un axon al neuronului motor și o fibră musculară scheletică se numește placă terminală motorie sau joncțiune neuromusculară.
La sinapsa electrica(Fig. 1.23) membranele celulare ale neuronilor vecini sunt strâns adiacente între ele, distanța dintre ele fiind de aproximativ 2 nm. Secțiunile membranelor celulelor învecinate care formează un contact între goluri conțin complexe proteice specifice constând din 6 subunități (conexoni) dispuse în așa ordine încât formează un por umplut cu apă în centrul contactului. Conexiunile membranelor celulelor învecinate, aliniate unele față de altele, formează o conexiune deschisă - „canale”, distanța dintre care este de aproximativ 8 nm.
Orez. 1.21. Principalele tipuri de sinapse.
DAR- a - sinapsa electrica; b - sinapsa spinoasa care contine vezicule electro-dense; in - ro passant"-synapse, sau sinaptic "rinichi"; d - sinapsa inhibitorie situata pe partea initiala a axonului (contine vezicule elipsoide); e - coloana dendritică; e - sinapsa spinoasa; g - sinapsa inhibitorie; h - sinapsa axo-axonală; si - sinapsa reciproca; k - sinapsa excitatoare. B- Sinapse atipice: 1 - sinapse axo-axonale. Capătul unui axon poate regla activitatea altuia; 2 - sinapsa dendrodendritică; 3 - sinapsa somasomatică
Sinapsele electrice se formează cel mai adesea în stadiul embrionar de dezvoltare, la un adult numărul lor scade. Cu toate acestea, într-un organism adult, semnificația sinapselor electrice este păstrată pentru celulele gliale și celulele amacrine ale retinei; sinapsele electrice pot fi găsite în trunchiul cerebral, în special în măslinele inferioare, în retină, rădăcini vestibulare.
Depolarizarea membranei presinaptice duce la formarea unei diferențe de potențial cu membrana postsinaptică nedepolarizată. Ca urmare, prin canalele formate de conexoni, mișcarea ionilor pozitivi începe de-a lungul gradientului de diferență de potențial în celula postsinaptică sau mișcarea anionilor în direcția opusă. Când ajunge pe membrana postsinaptică
Orez. 1.22. Neuron asociativ cu multiple conexiuni sinaptice.
1 - deal axonal, care trece în axon; 2 - teaca de mielina; 3 - sinapsa axodendritică; 4 - miez; 5 - dendrite; 6 - sinapsa axosomatică
Orez. 1.23. Structura sinapsei electrice.
DAR- Gap contact între secțiuni de membrane ale celulelor învecinate. B- Conexiunile membranelor celulelor vecine formează un „canal” interneuronal. 1 - complex proteic; 2 - canal ionic. 3 - canal; 4 - conexonul celulei 1; 5 - la fiecare șase subunități; 6 - conexonul celular 2
depolarizarea totală a valorii prag, apare un potențial de acțiune. Este important de remarcat faptul că într-o sinapsă electrică, curenții ionici apar cu o întârziere minimă de 10 -5 s, ceea ce explică sincronizarea ridicată a răspunsului chiar și a unui număr foarte mare de celule conectate printr-o joncțiune intercalată. Conducerea curentului printr-o sinapsă electrică este, de asemenea, posibilă în ambele direcții (spre deosebire de o sinapsă chimică).
Starea funcțională a sinapselor electrice este reglată de ionii de Ca 2+ și de nivelul potențialului membranei celulare, care creează condiții pentru influențarea propagării excitației până la terminarea acesteia. Caracteristicile activității sinapselor electrice includ imposibilitatea unui transfer direct al excitației către celulele îndepărtate, deoarece doar câteva altele sunt conectate direct cu o celulă excitată; nivelul de excitație în celulele presinaptice și postsinaptice este același; încetini răspândirea
excitația este imposibilă, în legătură cu aceasta, creierul nou-născuților și copiilor mici, care conține semnificativ mai multe sinapse electrice decât creierul unui adult, se dovedește a fi mult mai excitabil pentru procesele electrice: o excitație electrică care se răspândește rapid nu este supusă corecție inhibitorie și aproape instantaneu se generalizează, ceea ce explică vulnerabilitatea și susceptibilitatea sa deosebită la dezvoltarea activității paroxistice.
Trebuie remarcat faptul că în unele forme de polineuropatii demielinizante, axonii care fac parte dintr-un trunchi nervos încep să intre în contact strâns unul cu celălalt, formând zone patologice (ephaps), în interiorul cărora devine posibilă „sărirea” potențialului de acțiune. de la un axon la altul. Ca urmare, pot apărea simptome, reflectând primirea de „pseudo-informații” în creier - o senzație de durere fără iritare a receptorilor periferici de durere etc.
sinapsa chimică transmite de asemenea un semnal electric de la celula presinaptică la celula postsinaptică, dar în aceasta, canalele ionice de pe membrana postsinaptică se deschid sau se închid cu ajutorul purtătorilor chimici (mediatori, neurotransmițători) eliberați din membrana presinaptică (Fig. 1.24). Modificarea capacității de a conduce anumiți ioni prin membrana postsinaptică este baza funcționării sinapselor chimice. Curenții ionici modifică potențialul membranei postsinaptice, adică. determină dezvoltarea potenţialului postsinaptic. În funcție de conductivitatea a căror ioni se modifică sub acțiunea unui neurotransmițător, efectul acestuia poate fi inhibitor (hiperpolarizarea membranei postsinaptice datorită unui curent suplimentar de ioni K+ sau a unui curent de intrare de ioni C1 -) sau excitator (depolarizarea membrană postsinaptică cu un curent suplimentar de intrare de ioni de Ca 2+).sau Na+).
În sinapsă (Fig. 1.25), se izolează un proces presinaptic care conține vezicule presinaptice (vezicule) și o parte postsinaptică (dendrită, corp celular sau axon). În terminația nervoasă presinaptică, neurotransmițătorii se acumulează în vezicule. Veziculele sinaptice sunt fixate în principal pe citoschelet prin intermediul proteinelor sinapsinelor localizate pe suprafața citoplasmatică a fiecărei vezicule și spectrinei situate pe fibrele F-actină ale citoscheletului (Fig. 1.26). O parte mai mică a veziculelor este asociată cu presi-
membrana naptică prin intermediul proteinei veziculare sinaptobrevin și sintaxina proteinei membranei presinaptice.
O veziculă conține 6000-8000 de molecule transmițătoare, adică 1 cuantum transmițător, adică. cantitatea minimă eliberată în fanta sinaptică. Când o serie de potențiale de acțiune ajunge la terminația nervoasă (membrana presinaptică), ionii de Ca 2+ se repetă în celulă. Pe veziculele asociate cu membrana presinaptică, ionii de Ca 2+ se leagă de proteina veziculelor sinaptotagmi.
Orez. 1.24. Principalele etape ale transmiterii printr-o sinapsă chimică: 1 - potențialul de acțiune ajunge la terminația presinaptică; 2 - depolarizarea membranei presinaptice duce la deschiderea canalelor de Ca 2+ dependente de tensiune; 3 - Ionii de Ca 2+ mediază fuziunea veziculelor cu membrana presinaptică; 4 - moleculele mediatoare sunt eliberate în fanta sinaptică prin exocitoză; 5 - moleculele mediatoare se leagă de receptorii postsinaptici, activând canalele ionice; 6 - are loc o modificare a conductivității membranei pentru ioni și, în funcție de proprietățile mediatorului, apare un potențial excitator (depolarizare) sau inhibitor (hiperpolarizare) al membranei postsinaptice; 7 - curentul ionic se propagă de-a lungul membranei postsinaptice; 8 - moleculele mediatoare revin la terminația presinaptică prin recaptare sau 9 - difuzează în lichidul extracelular
nom, care determină deschiderea membranei veziculare (vezi Fig. 1.26). În paralel cu aceasta, complexul polipeptidic sinaptofizin fuzionează cu proteinele neidentificate ale membranei presinaptice, ceea ce duce la formarea unui por prin care are loc exocitoza reglată, adică. secretia unui neurotransmitator in fanta sinaptica. Proteine veziculoase speciale (rab3A) reglează acest proces.
Ionii de Ca 2+ din terminalul presinaptic activează protein kinaza II dependentă de Ca 2+-calmodulină, o enzimă care fosforilează sinapsina pe membrana presinaptică. Ca rezultat, veziculele încărcate de transmițător pot fi eliberate din citoschelet și se pot muta în membrana presinaptică pentru următorul ciclu.
Lățimea despicăturii sinaptice este de aproximativ 20-50 nm. În el sunt eliberate molecule de neurotransmițători, a căror concentrație locală imediat după eliberare este destul de mare și se află în intervalul milimolar. Moleculele neurotransmițătoare difuzează către membrana postsinaptică în aproximativ 0,1 ms.
În membrana postsinaptică, zona subsinaptică este izolată - zona de contact direct dintre membranele presinaptice și postsinaptice, numită și zona activă a sinapsei. Conține proteine care formează canale ionice. În repaus, aceste canale se deschid rar. Atunci când moleculele de neurotransmițători lovesc membrana postsinaptică, acestea interacționează cu proteinele canalelor ionice (receptorii sinaptici), modificându-le conformația și conducând la o deschidere mult mai frecventă a canalelor ionice. Se numesc acei receptori ale căror canale ionice se deschid la contactul direct cu un ligand (neurotransmițător). ionotrop. Receptorii în care se deschid
Orez. 1.25. Ultrastructura sinapsei axodendritice. 1 - axon; 2 - dendrite; 3 - mitocondrii; 4 - vezicule sinaptice; 5 - membrana presinaptica; 6 - membrana postsinaptica; 7 - despicatură sinaptică
Dezvoltarea canalelor ionice este asociată cu conectarea altor procese chimice, numite metabotrop(Fig. 1.27).
În multe sinapse, receptorii de neurotransmițători sunt localizați nu numai pe membrana postsinaptică, ci și pe membrana presinaptică. (autoreceptori). Atunci când un neurotransmițător interacționează cu autoreceptorii membranei presinaptice, eliberarea acestuia este îmbunătățită sau slăbită (feedback pozitiv sau negativ), în funcție de tipul de sinapsă. Starea funcțională a autoreceptorilor este, de asemenea, afectată de concentrația ionilor de Ca 2+.
Interacționând cu receptorul postsinaptic, neurotransmițătorul deschide canale ionice nespecifice în postsinaptic.
Orez. 1.26. Acoperirea veziculelor la membrana presinaptică. DAR- Vezicula sinaptică este atașată de elementul citoscheletic cu ajutorul unei molecule de sinapsină. Complexul de andocare este evidentiat printr-un patrulater: 1 - Samkinaza 2; 2 - sinapsa 1; 3 - fodrin; 4 - purtător mediator; 5 - sinaptofizina; 6 - complex de andocare
B- O schemă mărită a complexului de andocare: 7 - sinaptobrevin; 8 - sinaptotagmin; 9 - rab3A; 10-NSF; 11 - sinaptofizina; 12 - SNAP; 13 - sintaxină; 14 - neurexină; 15 - fizofilin; 16 - a-SNAP; 17 - Ca2+; 18 - n-sec1. CaM kinaza-2 - protein kinaza 2 dependentă de calmodulină; n-secl - proteină secretorie; NSF - proteină de fuziune sensibilă la N-etilmaleimidă; gab33A - GTPază din familia ras; SNAP - proteina membranară presinaptică
membrană. Potențialul postsinaptic excitator apare din cauza creșterii capacității canalelor ionice de a conduce cationi monovalenți, în funcție de gradienții lor electrochimici. Astfel, potențialul membranei postsinaptice este în intervalul între -60 și -80 mV. Potențialul de echilibru al ionilor de Na+ este de +55 mV, ceea ce explică forța motrice puternică a ionilor de Na+ în celulă. Potențialul de echilibru pentru ionii K+ este de aproximativ -90 mV, adică. rămâne un uşor curent de ioni K+, direcţionat din mediul intracelular spre cel extracelular. Lucrarea canalelor ionice duce la depolarizarea membranei postsinaptice, care se numește potențial postsinaptic excitator. Deoarece curenții ionici depind de diferența dintre potențialul de echilibru și potențialul membranei, cu un potențial de repaus redus al membranei, curentul ionilor Na + slăbește, iar curentul ionilor K + crește, ceea ce duce la o scădere a amplitudinea potenţialului postsinaptic excitator. Curenții de Na + și K + implicați în apariția postsinapticului excitator
Orez. 1.27. Diagrama structurii receptorului.
DAR- Metabotrop. B- Ionotrope: 1 - neuromodulatoare sau medicamente; 2 - receptori cu diferite situsuri de legare (heteroceptor); 3 - neuromodulație; 4 - mesager secundar; 5 - autoreceptor; 6 - feedback; 7 - înglobarea membranei veziculare; 8 - neuromodulatoare; 9 - emițător; 10 - neuromodulație; 11-transmițătorul catalizează reacțiile proteinelor G; 12 - emițătorul deschide canalul ionic
care potențial, se comportă diferit decât atunci când generează un potențial de acțiune, deoarece alte canale ionice cu proprietăți diferite iau parte la mecanismul depolarizării postsinaptice. Dacă, în timpul generării unui potențial de acțiune, sunt activate canale ionice dependente de tensiune și, odată cu creșterea depolarizării, alte canale se deschid, în urma cărora procesul de depolarizare se întărește, atunci conductivitatea transmițătorului (ligand- gated) depinde doar de numărul de molecule transmițătoare legate de receptori, adică asupra numărului de canale ionice deschise. Amplitudinea potențialului postsinaptic excitator variază de la 100 μV la 10 mV, durata potențialului este în intervalul de la 4 la 100 ms, în funcție de tipul de sinapsă.
Un potențial postsinaptic excitator format local în zona sinapselor se propagă pasiv în întreaga membrană postsinaptică a celulei. Odată cu excitarea simultană a unui număr mare de sinapse, are loc fenomenul de însumare a potențialului postsinaptic, manifestat printr-o creștere bruscă a amplitudinii acestuia, în urma căreia membrana întregii celule postsinaptice poate fi depolarizată. Dacă cantitatea de depolarizare atinge valoarea de prag (mai mult de 10 mV), atunci începe generarea unui potențial de acțiune, care se realizează de-a lungul axonului neuronului postsinaptic. Trec aproximativ 0,3 ms de la începutul potențialului postsinaptic excitator până la formarea potențialului de acțiune, adică. cu o eliberare masivă a neurotransmițătorului, potențialul postsinaptic poate apărea deja după 0,5-0,6 ms din momentul în care potențialul de acțiune ajunge în regiunea presinaptică (așa-numita întârziere sinaptică).
Alți compuși pot avea o afinitate mare pentru proteina receptorului postsinaptic. În funcție de efectul (în raport cu neurotransmițătorul) la care duce legarea lor de receptor, se izolează agoniştii (acţiune unidirecţională cu neurotransmiţătorul) şi antagonişti (a căror acţiune previne efectele neurotransmiţătorului).
Există proteine receptor care nu sunt canale ionice. Când moleculele de neurotransmițători se leagă de ele, are loc o cascadă de reacții chimice, în urma cărora canalele ionice vecine se deschid cu ajutorul mesagerilor secundari - receptori metabotropi. Proteina G joacă un rol important în funcționarea lor. Transmisia sinaptică, care utilizează recepția metabotropică, este foarte lentă, cu un timp de transmisie a impulsului de aproximativ 100 ms. la sinapse
acest tip include receptorii postganglionari, receptorii sistemului nervos parasimpatic, autoreceptorii. Un exemplu este sinapsa colinergică de tip muscarinic, în care locul de legare a neurotransmițătorului și canalul ionic nu sunt localizate în proteina transmembranară însăși, receptorii metabotropi sunt cuplati direct la proteina G. Când transmițătorul se leagă de receptor, proteina G, care are trei subunități, formează un complex cu receptorul. GDP-ul legat de proteina G este înlocuit cu GTP, în timp ce proteina G este activată și dobândește capacitatea de a deschide canalul ionic de potasiu, adică. hiperpolarizează membrana postsinaptică (vezi Fig. 1.27).
Mesagerii secundi pot deschide sau închide canalele ionice. Astfel, canalele ionice pot fi deschise prin cAMP/IP 3 sau fosforilarea proteinei kinazei C. Acest proces are loc și cu ajutorul proteinei G, care activează fosfolipaza C, ceea ce duce la formarea trifosfatului de inozitol (IP 3). În plus, crește formarea diacilglicerolului (DAG) și a proteinei kinazei C (PKC) (Fig. 1.28).
Fiecare celulă nervoasă are pe suprafața sa multe terminații sinaptice, dintre care unele sunt excitatorii, altele sunt de torsiune.
Orez. 1.28. Rolul mesagerului secund ai inozitol trifosfat (IP 3) (DAR)și diacilglicerol (DAG) (B)în activitatea receptorului metabotropic. Când mediatorul se leagă de receptor (P), conformația proteinei G se modifică, urmată de activarea fosfolipazei C (PLC). FLS activat scindează fosfatidilinozitol trifosfat (PIP2) în DAG și IP3. DAG rămâne în stratul interior al membranei celulare, iar IP 3 difuzează în citosol ca un al doilea mesager. DAG este încorporat în stratul interior al membranei unde interacționează cu protein kinaza C (PKC) în prezența fosfatidilserinei (PS)
muscular. Dacă sinapsele excitatorii și inhibitorii adiacente sunt activate în paralel, curenții rezultați se suprapun unul altuia, rezultând un potențial postsinaptic cu o amplitudine mai mică decât componentele sale excitatoare și inhibitorii separat. În același timp, hiperpolarizarea membranei este semnificativă datorită creșterii conductivității acesteia pentru ionii K + și C1 -.
Astfel, se generează un potențial postsinaptic excitator datorită creșterii permeabilității ionilor Na+ și a unui curent ionic Na+ de intrare, iar un potențial postsinaptic inhibitor este generat datorită unui curent ionic K+ de ieșire sau a unui curent ionic C1 - de intrare. O scădere a conductivității ionilor K + ar trebui să depolarizeze membrana celulară. Sinapsele, în care depolarizarea este cauzată de o scădere a conductivității ionilor K +, sunt localizate în ganglionii sistemului nervos autonom (autonom).
Transferul sinaptic trebuie finalizat rapid, astfel încât sinapsa să fie pregătită pentru un nou transfer, altfel răspunsul nu ar apărea sub influența noilor semnale primite, ar fi observat bloc de depolarizare. Un mecanism de reglare important este o scădere rapidă a sensibilității receptorului postsinaptic (desensibilizare), care apare atunci când moleculele de neurotransmițător sunt încă conservate. În ciuda legării continue a neurotransmițătorului de receptor, conformația proteinei care formează canale se modifică, canalul ionic devine impermeabil la ioni și fluxul sinaptic se oprește. În multe sinapse, desensibilizarea receptorilor poate fi prelungită (până la câteva minute) până când canalul este reconfigurat și reactivat.
Alte modalități de a înceta acțiunea transmițătorului, care evită desensibilizarea pe termen lung a receptorului, sunt scindarea chimică rapidă a transmițătorului în componente inactive sau îndepărtarea acestuia din fanta sinaptică prin recaptarea foarte selectivă de către terminația presinaptică. Natura mecanismului de inactivare depinde de tipul de sinapsă. Deci, acetilcolina este foarte rapid hidrolizată de acetilcolinesterază în acetat și colină. În SNC, sinapsele glutamatergice excitatorii sunt acoperite dens de procese de astrocite care captează în mod activ neurotransmițătorul din fanta sinaptică și îl metabolizează.
1.7. Neurotransmițători și neuromodulatori
Neurotransmițătorii transmit un semnal în sinapsele dintre neuroni sau între neuroni și organele executive (mușchi, celule glandulare). Neuromodulatorii afectează presinaptic cantitatea de neurotransmițător eliberată sau recaptarea acestuia de către neuron. În plus, neuromodulatorii reglează postsinaptic sensibilitatea receptorilor. Astfel, neuromodulatorii sunt capabili să regleze nivelul de excitabilitate în sinapse și să modifice efectul neurotransmițătorilor. Neurotransmițătorii și neuromodulatorii formează împreună un grup de substanțe neuroactive.
Mulți neuroni sunt vizați de mai multe substanțe neuroactive, dar eliberează un singur transmițător atunci când sunt stimulați. Același neurotransmițător, în funcție de tipul de receptor postsinaptic, poate avea un efect excitator sau inhibitor. Unii neurotransmițători (cum ar fi dopamina) pot funcționa și ca neuromodulatori. Mai multe substanțe neuroactive sunt de obicei implicate într-un sistem neurofuncțional, iar o substanță neuroactivă este capabilă să influențeze mai multe sisteme neurofuncționale.
Neuroni catecolaminergici
Neuronii catecolaminergici conțin neurotransmițători precum dopamina, norepinefrina sau epinefrina în pericarium și procese, care sunt sintetizate din aminoacidul tirozină. În creierul adult, neuronii dopaminergici, noradrenergici și adrenergici corespund ca localizare neuronilor care conțin melanină. Celulele noradrenergice și dopaminergice sunt numerotate de la A1 la A15, iar celulele adrenergice sunt numerotate de la C1 la C3, numerele de serie sunt atribuite în ordine crescătoare, în funcție de localizarea în trunchiul cerebral din secțiunile inferioare spre superioare.
neuronii dopaminergici Celulele care sintetizează dopamină (A8-A15) sunt localizate în mezencefal, diencefal și telencefal (Fig. 1.29). Cel mai mare grup de celule dopaminergice este partea compactă a substanței negre (A9). Axonii lor formează o cale ascendentă care trece prin partea laterală a hipotalamusului și prin capsula internă, fascicule de păr nigrostriatale.
Orez. 1.29. Localizarea neuronilor dopaminergici și a căilor lor în creierul șobolanului.
1 - cerebel; 2 - cortexul cerebral; 3 - striat; 4 - nucleus accumbens; 5 - cortexul frontal; 6 - bulb olfactiv; 7 - tuberculul olfactiv; 8 - nucleu caudat; 9 - nucleu migdalat; 10 - cota medie; 11 - fascicul nigrostriatal. Calea principală (mănunchiul nigrostriatal) începe în substanța neagră (A8, A9) și merge înainte spre striat.
cu ajunge la nucleul caudat și la înveliș. Împreună cu neuronii dopaminergici ai substanței reticulare (A8), aceștia formează sistemul nigrostriatal.
Calea principală (mănunchiul nigrostriatal) își are originea în substanța neagră (A8, A9) și merge înainte spre striat.
Grupul mezolimbic al neuronilor dopaminergici (A10) se extinde de la regiunile mezencefalice la sistemul limbic. Grupul A10 formează vârful ventral la nucleii interpedunculari din tegmentul mezencefalului. Axonii merg la nucleii interni ai șanțului terminal, sept, tuberculii olfactivi, nucleul accumbens (n. accumbens), girus cingular.
Al treilea sistem dopaminergic (A12), numit tuberoinfundibular, este situat în diencefal, este situat în dealul cenușiu și se extinde până la infundibul. Acest sistem este asociat cu funcțiile neuroendocrine. Alte grupuri diencefalice de celule (A11, A13 și A14) și celulele lor țintă sunt, de asemenea, localizate în hipotalamus. Un grup mic de A15 este dispersat în bulbul olfactiv și este singurul grup dopaminergic de neuroni din telencefal.
Toți receptorii de dopamină acționează prin intermediul sistemului al doilea mesager. Acțiunea lor postsinaptică poate fi excitatoare sau inhibitorie. Dopamina este dusă rapid înapoi la terminalul presinaptic unde este metabolizată de monoaminoxidaza (MAO) și catecol-O-metiltransferaza (COMT).
Neuroni noradrenergici Celulele nervoase noradrenergice sunt localizate numai într-o zonă anterolaterală îngustă a tegmentului medulei oblongate și a puțului (Fig. 1.30). În-
Orez. 1.30. Localizarea neuronilor noradrenergici și a căilor lor în creierul șobolanului (secțiune parasagitală).
1 - cerebel; 2 - fascicul dorsal; 3 - fascicul ventral; 4 - hipocampus; 5 - cortexul cerebral; 6 - bulb olfactiv; 7 - compartimentare; 8 - fascicul cerebral anterior medial; 9 - bandă de capăt; 10 - hipotalamus.
Calea principală începe în locus coeruleus (A6) și merge înainte în mai multe mănunchiuri, dând ramuri diferitelor părți ale creierului. De asemenea, nucleii noradrenergici sunt localizați în partea ventrală a trunchiului cerebral (A1, A2, A5 și A7). Cele mai multe dintre fibrele lor merg împreună cu fibrele neuronilor din coeruleus, cu toate acestea, unele sunt proiectate în direcția dorsală.
filamentele care provin din acești neuroni urcă spre mezencefal sau coboară spre măduva spinării. În plus, celulele noradrenergice au legături cu cerebelul. Fibrele noradrenergice se ramifică mai extins decât cele dopaminergice. Se crede că ele joacă un rol în reglarea fluxului sanguin cerebral.
Cel mai mare grup de celule noradrenergice (A6) este situat în locus coeruleus (locus cereleus)și include aproape jumătate din toate celulele noradrenergice (Fig. 1.31). Nucleul este situat în partea superioară a punții în partea inferioară a ventriculului IV și se extinde până la coliculii inferiori ai cvadrigeminei. Axonii celulelor petei albastre se ramifică de multe ori, terminațiile lor adrenergice pot fi găsite în multe părți ale SNC. Ele au un efect modulator asupra proceselor de maturizare și învățare, procesare a informațiilor în creier, reglare a somnului și inhibarea durerii endogene.
Mănunchiul noradrenergic posterior provine din grupul A6 și se conectează în mezencefal cu nucleii suturii posterioare, tuberculii superiori și inferiori ai cvadrigeminei; în diencefal - cu nucleii anteriori ai talamusului, corpii geniculați medial și lateral; în creierul final - cu amigdala, hipocampul, neocortexul, girusul cingulat.
Fibre suplimentare din celulele grupului A6 ajung la cerebel prin pedunculul superior (vezi Fig. 1.31). Fibrele descendente din locus coeruleus, împreună cu fibrele grupului vecin de celule A7, merg către nucleul posterior al nervului vag, măslina inferioară și măduva spinării. anterolateral-
Orez. 1.31. Schema de conducere a căilor noradrenergice din nucleul (pata) albastru situat în substanța cenușie a podului.
1 - fibre ale căii conductoare; 2 - hipocampus; 3 - talamus; 4 - hipotalamus și amigdala; 5 - cerebel; 6 - măduva spinării; 7 - pată albastră
Mănunchiul descendent din locus coeruleus trimite fibre către coarnele anterioare și posterioare ale măduvei spinării.
Neuronii grupelor A1 și A2 sunt localizați în medula oblongata. Împreună cu grupurile de celule pontine (A5 și A7), ele formează căile noradrenergice ascendente anterioare. În mezencefal, ele sunt proiectate pe nucleul periaqueductal gri și formațiunea reticulară, în diencefal - pe întregul hipotalamus, iar în telencefal - pe bulbul olfactiv. În plus, fibrele bulbo-spinale merg și de la aceste grupuri de celule (A1, A2, A5, A7) la măduva spinării.
În SNP, norepinefrina (și într-o măsură mai mică epinefrina) este un neurotransmițător important pentru terminațiile postganglionare simpatice ale sistemului nervos autonom.
Neuronii adrenergici
Neuronii sintetizatori de adrenalină sunt localizați doar în medula oblongata, într-o regiune anterolaterală îngustă. Cel mai mare grup de celule C1 se află în spatele nucleului posterior de măsline, grupul mijlociu de celule C2 - lângă nucleul căii solitare, grupul de celule C3 - direct sub substanța cenușie periaqueductală. Căile eferente de la C1-C3 merg la nucleul posterior al nervului vag, nucleul tractului solitar, pata albastră, substanța cenușie periaqueductală a puțului și mesenencefalului și hipotalamus.
Există 4 tipuri principale de receptori catecolaminergici, care diferă ca răspuns la acţiunea agoniştilor sau antagoniştilor şi în efectele postsinaptice. Receptorii α1 controlează canalele de calciu prin al doilea mesager inozitol fosfat-3 și, atunci când sunt activați, cresc concentrația intracelulară de ioni
Ca2+. Stimularea receptorilor β2 duce la o scădere a concentrației celui de-al doilea mesager cAMP, care este însoțită de diferite efecte. Receptorii B, prin al doilea mesager cAMP, cresc conductivitatea membranei pentru ionii K+, generând un potențial postsinaptic inhibitor.
Neuroni serotonergici
Serotonina (5-hidroxitriptamina) se formează din aminoacidul triptofan. Majoritatea neuronilor serotoninergici sunt localizați în părțile mediale ale trunchiului cerebral, formând așa-numiții nuclei rafe (Fig. 1.32). Grupele B1 și B2 sunt situate în medula oblongata, B3 - în zona de graniță dintre medulla oblongata și punte, B5 - în punte, B7 - în mezencefal. Neuronii rafe B6 și B8 sunt localizați în tegmentum pons și mezencefal. Nucleii rafe conțin, de asemenea, celule nervoase care conțin alți neurotransmițători precum dopamina, norepinefrina, GABA, encefalina și substanța P. Din acest motiv, nucleii rafe sunt numiți și centri multitransmițători.
Proiecțiile neuronilor serotoninergici corespund cursului fibrelor de norepinefrină. Cea mai mare parte a fibrelor merge către structurile sistemului limbic, formațiunea reticulară și măduva spinării. Există o legătură cu pata albastră - principala concentrație a neuronilor norepinefrinei.
Tractul ascendent anterior mare urcă din celulele grupurilor B6, B7 și B8. Trece anterior prin tegmentul mesenencefal și lateral prin hipotalamus, apoi dă ramuri spre fornix și girus cingulat. Prin această cale, grupele B6, B7 și B8 sunt conectate în mesenencefal cu nucleii interpedunculari și substanța nigra, în diencefal cu nucleii lesei, talamus și hipotalamus, în creierul final cu nucleii septului și cel olfactiv. bec.
Există numeroase proiecții ale neuronilor serotoninergici către hipotalamus, girusul cingulat și cortexul olfactiv, precum și conexiuni cu cortexul striat și frontal. Tractul ascendent posterior mai scurt conectează celulele grupurilor B3, B5 și B7 prin intermediul fasciculului longitudinal posterior la substanța cenușie periaqueductală și regiunea hipotalamică posterioară. În plus, există proiecții serotoninergice către cerebel (de la B6 și B7) și măduva spinării (de la B1 la B3), precum și numeroase fibre care se conectează la formațiunea reticulară.
Eliberarea serotoninei are loc în mod obișnuit. Pe membrana postsinaptică se află receptorii care, cu ajutorul mesagerilor secundari, deschid canale pentru ionii K+ și Ca 2+. Există 7 clase de receptori ai serotoninei: 5-HT 1 - 5-HT 7 care răspund diferit la acţiunea agoniştilor şi antagoniştilor. Receptorii 5-HT 1 , 5-HT 2 și 5-HT 4 sunt localizați în creier, receptorii 5-HT 3 - în PNS. Acțiunea serotoninei este încheiată de mecanismul de recaptare a neurotransmițătorilor de către terminația presinaptică. Serotonina care nu a intrat în vezicule este dezaminată cu ajutorul MAO. Există un efect inhibitor al fibrelor serotoninergice descendente asupra primilor neuroni simpatici ai măduvei spinării. Se presupune că în acest fel neuronii rafe ai medulei oblongate controlează conducerea impulsurilor dureroase în sistemul anterolateral. Deficitul de serotonină este asociat cu depresia.
Orez. 1.32. Localizarea neuronilor serotoninergici și a căilor acestora în creierul șobolanului (secțiune parasagitală).
1 - bulb olfactiv; 2 - centura; 3 - corpul calos; 4 - scoarța cerebrală; 5 - fascicul longitudinal medial; 6 - cerebel; 7 - fascicul cerebral anterior medial; 8 - bandă cerebrală; 9 - bandă de capăt; 10 - boltă; 11 - nucleu caudat; 12 - capsulă exterioară. Neuronii serotoninergici sunt grupați în nouă nuclei localizați în trunchiul cerebral. Nucleii B6-B9 se proiectează anterior către diencefal și telencefal, în timp ce nucleii caudali se proiectează către medular oblongata și măduva spinării.
Neuronii histaminergici
Celulele nervoase histaminergice sunt situate în partea inferioară a hipotalamusului, aproape de infundibul. Histamina este metabolizată de enzima histidin decarboxilază din aminoacidul histidină. Mănunchiuri lungi și scurte de fibre ale celulelor nervoase histaminergice din partea inferioară a hipotalamusului merg la trunchiul cerebral ca parte a zonelor posterioare și periventriculare. Fibrele histaminergice ajung la substanța cenușie periaqueductală, nucleul rafe posterior, nucleul vestibular medial, nucleul tractului solitar, nucleul posterior vag, nucleul
nervul facial, nuclei cohleari anterior și posterior, ansa laterală și tuberculul inferior al cvadrigeminei. În plus, fibrele sunt trimise către diencefal - părțile posterioare, laterale și anterioare ale hipotalamusului, corpii mastoizi, tuberculul optic, nucleii periventriculari, corpii geniculați laterali și către creierul final - girusul diagonal al lui Broca, n. accumbens, amigdala și cortexul cerebral.
Neuroni colinergici
Motoneuronii alfa (α)- și gama (γ) ai nervilor oculomotori, trohleari, trigemen, abducens, facial, glosofaringieni, vagi, accesorii și hipogloși și ai nervilor spinali sunt colinergici (Fig. 1.33). Acetilcolina afectează contracția mușchilor scheletici. Neuronii preganglionari ai sistemului nervos autonom sunt colinergici, stimulează neuronii postganglionari ai sistemului nervos autonom. Alte celule nervoase colinergice au primit o denumire alfanumerică de sus în jos (în ordine inversă comparativ cu neuronii catecolaminergici și serotoninergici). Neuronii colinergici Ch1 formează aproximativ 10% din celulele nucleilor mediani ai septului, neuronii Ch2 alcătuiesc 70% din celulele membrului vertical al șanțului lui Broca diagonal, neuronii Ch3 alcătuiesc 1% din celulele membrului orizontal. a diagonalei şanţului lui Broca. Toate cele trei grupuri de neuroni se proiectează în jos pe nucleii mediali ai lesei și nucleii interpedunculari. Neuronii Ch1 sunt conectați prin fibre ascendente prin fornix până la hipocamp. Grupul de celule Ch3 este legat sinaptic de celulele nervoase ale bulbului olfactiv.
În creierul uman, grupul de celule Ch4 este relativ extins și corespunde nucleului bazal al lui Meinert, în care 90% din toate celulele sunt colinergice. Acești nuclei primesc impulsuri aferente de la diviziunile subcorticale diencefalico-telencefalice și formează cortexul limbic-paralimbic al creierului. Celulele anterioare ale nucleului bazal se proiectează pe neocortexul frontal și parietal, în timp ce celulele posterioare se proiectează pe neocortexul occipital și temporal. Astfel, nucleul bazalis este legătura de transmisie între regiunile limbico-paralimbice și neocortex. Două grupuri mici de celule colinergice (Ch5 și Ch6) sunt situate în puț și sunt considerate parte a sistemului reticular ascendent.
Un grup mic de celule ale nucleului periolivar, constând parțial din celule colinergice, este situat la marginea corpului trapezoid în secțiunile inferioare ale punții. Fibrele sale eferente ajung la celulele receptor ale sistemului auditiv. Acest sistem colinergic influențează transmiterea semnalelor sonore.
Neuroni aminacidergici
Proprietățile neurotransmițătorilor au fost dovedite pentru patru aminoacizi: excitatori pentru acizii glutamic (glutamat), aspartic (aspartat) și inhibitori pentru acidul g-aminobutiric și glicină. Proprietățile neurotransmițătoare ale cisteinei sunt presupuse (excitatoare); taurină, serină și p-alanina (frână).
Orez. 1.33. Localizarea neuronilor colinergici și a căilor lor în creierul șobolanului (secțiune parasagitală). 1 - nucleu migdalat; 2 - nucleul olfactiv anterior; 3 - miez arcuit; 4 - nucleul bazal al lui Meinert; 5 - cortexul cerebral; 6 - învelișul nucleului caudat; 7 - grinda lui Broca diagonala; 8 - grindă îndoită (grinda lui Meinert); 9 - hipocampus; 10 - nucleu interpeduncular; 11 - miezul lateral-dorsal al anvelopei; 12 - miezul medial al lesei; 13 - bulb olfactiv; 14 - tuberculul olfactiv; 15 - formatiune reticulara; 16 - bandă cerebrală; 17 - talamus; 18 - formarea reticulară a anvelopei
Neuroni glutamatergici și aspartatergici Aminoacizii similari din punct de vedere structural glutamat și aspartat (Figura 1.34) sunt clasificați electrofiziologic ca neurotransmițători excitatori. Celulele nervoase care conțin glutamat și/sau aspartat ca neurotransmițători sunt prezente în sistemul auditiv (neuroni de ordinul întâi), în sistemul olfactiv (combinând bulbul olfactiv cu cortexul cerebral), în sistemul limbic, în neocortex (celule piramidale) . Glutamatul se găsește și în neuronii căilor care vin din celulele piramidale: tractul corticostriat, corticotalamic, corticotectal, corticospinal și corticospinal.
Un rol important în funcționarea sistemului glutamat îl au astrocitele, care nu sunt elemente pasive ale sistemului nervos, ci sunt implicate în furnizarea neuronilor cu substraturi energetice ca răspuns la o creștere a activității sinaptice. procesele astrocitelor -
Orez. 1.34. Sinteza acizilor glutamic și aspartic.
Glicoliza transformă glucoza în piruvat, care, în prezența acetil-CoA, intră în ciclul Krebs. În plus, prin transaminare, oxaloacetatul și α-cetoglutaratul sunt transformate în aspartat și, respectiv, glutamat (reacțiile sunt prezentate în partea de jos a figurii)
ki sunt situate în jurul contactelor sinaptice, ceea ce le permite să detecteze o creștere a concentrației sinaptice a neurotransmițătorilor (Fig. 1.35). Transportul glutamatului din fanta sinaptică este mediat de sisteme de transport specifice, dintre care două sunt specifice gliale ( GLT-1și GLAST- purtători). Al treilea sistem de transport (EAAC-1), localizat exclusiv în neuroni, nu este implicat în transferul glutamatului eliberat din sinapse. Tranziția glutamatului în astrocite are loc de-a lungul gradientului electrochimic al ionilor de Na +.
În condiții normale, se menține constanta relativă a concentrațiilor extracelulare de glutamat și aspartat. Creșterea lor include mecanisme compensatorii: captarea de către neuroni și astrocite a exceselor din spațiul intercelular, inhibarea presinaptică a eliberării neurotransmițătorilor, utilizarea metabolică și
Orez. 1.35. Structura sinapsei glutamatergice.
Glutamatul este eliberat din veziculele sinaptice în fanta sinaptică. Figura prezintă două mecanisme de recaptare: 1 - înapoi la terminația presinaptică; 2 - în celula glială vecină; 3 - celula gliala; 4 - axon; 5 - glutamina; 6 - glutamin sintetaza; 7 - ATP + NH4+; 8 - glutaminaza; 9 - glutamat + NH4+; 10 - glutamat; 11 - membrana postsinaptica. În celulele gliale, glutamin sintaza transformă glutamatul în glutamina, care este apoi transferat la terminalul presinaptic. La terminalul presinaptic, glutamina este transformată înapoi în glutamat de către enzima glutaminază. Glutamatul liber este de asemenea sintetizat în reacțiile ciclului Krebs din mitocondrii. Glutamatul liber este colectat în veziculele sinaptice înainte să apară următorul potențial de acțiune. Partea dreaptă a figurii arată reacțiile de conversie ale glutamatului și glutaminei mediate de glutamin sintetaza și glutaminază
etc. Cu încălcarea eliminării lor din fanta sinaptică, concentrația absolută și timpul de rezidență al glutamatului și aspartatului în fanta sinaptică depășesc limitele permise, iar procesul de depolarizare a membranelor neuronale devine ireversibil.
Există familii de receptori de glutamat ionotropi și metabotropi în SNC la mamifer. Receptorii ionotropi reglează permeabilitatea canalelor ionice și sunt clasificați în funcție de sensibilitatea lor la acțiunea N-metil-D-aspartatului (NMDA) acid α-amino-3-hidroxi-5-metil-4-izoxazol-propionic (AMRA), acid kainic (K) și acid L-2-amino-4-fosfonobutiric (L-AP4)- cei mai selectivi liganzi ai acestui tip de receptori. Numele acestor compuși au fost atribuite tipurilor corespunzătoare de receptori: NMDA, AMPA, Kși L-AP4.
Cei mai studiați receptori sunt de tip NMDA (Fig. 1.36). receptor postsinaptic NMDA este o formațiune supramoleculară complexă care include mai multe situsuri (loturi) de reglare: un loc specific de legare pentru un mediator (acid L-glutamic), un loc specific de legare pentru un coagonist (glicină) și situsuri modulatoare alosterice situate atât pe membrană ( poliamină) și în canalul ionic, cuplat la receptor (situsuri de legare pentru cationi divalenți și situs "fenciclidină" - situs de legare pentru antagoniști necompetitivi).
Receptorii ionotropi joacă un rol cheie în implementarea neurotransmisiei excitatorii în SNC, implementarea neuroplasticității, formarea de noi sinapse (sinaptogeneză) și în creșterea eficienței funcționării sinapselor existente. Aceste procese sunt în mare parte asociate cu mecanismele memoriei, învățării (dobândirea de noi abilități), compensarea funcțiilor afectate din cauza leziunilor organice ale creierului.
Neurotransmițătorii aminoacidergici excitatori (glutamat și aspartat) sunt citotoxici în anumite condiții. Când interacționează cu receptorii postsinaptici supraexcitați, leziunile dendrosomatice se dezvoltă fără modificări în partea conducătoare a celulei nervoase. Condițiile care creează o astfel de supraexcitare sunt caracterizate printr-o eliberare crescută și/sau o recaptare redusă a purtătorului. Supraexcitarea receptorilor de glutamat NMDA duce la deschiderea de acum-
canale de calciu dependente de niste și un aflux puternic de Ca 2+ în neuroni cu o creștere bruscă a concentrației sale până la prag. Cauzat de excesul de acțiune a neurotransmițătorilor aminoacidergici „moartea excitotoxică a neuronilor” este un mecanism universal de afectare a țesutului nervos. Ea stă la baza morții necrotice a neuronilor în diferite boli ale creierului, atât acute (accident vascular cerebral ischemic), cât și cronice (neuro-
Orez. 1.36. Receptorul glutamat NMDA
rodegeneration). Nivelurile extracelulare de aspartat și glutamat și, prin urmare, severitatea excitotoxicității, sunt afectate de temperatura și pH-ul creierului, de concentrațiile extracelulare ale ionilor monovalenți C1 - și Na + . Acidoza metabolică inhibă sistemele de transport al glutamatului din fanta sinaptică.
Există dovezi ale proprietăților neurotoxice ale glutamatului asociate cu activarea receptorilor AMPA și K, ceea ce duce la o modificare a permeabilității membranei postsinaptice pentru cationii monovalenți K+ și Na+, o creștere a fluxului de ioni de Na+ și o depolarizarea pe termen scurt a membranei postsinaptice, care, la rândul său, determină o creștere a influxului de Ca 2+ în celulă prin receptori dependenți de agonist ( NMDA)și canale de tensiune. Fluxul ionilor de Na+ este însoțit de pătrunderea apei în celule, ceea ce determină umflarea dendritelor apicale și liza neuronilor (leziune osmolitică a neuronilor).
Receptorii glutamat metabotropi cuplați cu proteina G joacă un rol important în reglarea curentului de calciu intracelular cauzat de activarea receptorilor NMDA și îndeplinesc funcții modulatorii, provocând astfel modificări în activitatea celulară. Acești receptori nu afectează funcționarea canalelor ionice, dar stimulează formarea de mediatori intracelulari ai diacilglicerolului și trifosfatului de nositol, care sunt implicați în procesele ulterioare ale cascadei ischemice.
Neuroni GABAergici
Unii neuroni conțin acid g-aminobutiric (GABA) ca neurotransmițător, care se formează din acidul glutamic prin acțiunea glutamat decarboxilazei (Fig. 1.37). În cortexul cerebral, neuronii GABAergici sunt localizați în zonele olfactive și limbice (neuronii coș hipocampali). GABA conține, de asemenea, neuroni ai căilor striatonigrale extrapiramidale eferente, pallidonigrale și subtalamopallidar, celule Purkinje ale cerebelului, neuroni ai cortexului cerebelos (Golgi, stelat și coș), neuroni inhibitori intercalari ai măduvei spinării.
GABA este cel mai important neurotransmitator inhibitor din SNC. Principalul rol fiziologic al GABA este crearea unui echilibru stabil între sistemele excitator și inhibitor, modularea și reglarea activității principalului neurotransmițător excitator glutamat. GABA limitează răspândirea unui stimul excitator atât presinaptic - prin receptorii GABA-B, funcțional
Orez. 1,37. Reacția de conversie a glutamatului în GABA.
Coenzima piridoxal fosfat este necesară pentru activitatea decarboxilazei acidului glutamic (DHA)
Orez. 1,38. receptor GABA.
1 - locul de legare a benzodiazepinei;
2 - situsul de legare a GABA; 3 - canal ionic pentru CL - ; 4 - locul de legare a barbituricelor
dar asociate cu canale de calciu dependente de voltaj ale membranelor presinaptice, iar postsinaptic - prin receptorii GABA (complex GABA-barbituric-benzodiazepină-receptor), asociat funcțional cu canale de clorură dependente de tensiune. Activarea receptorilor GABA-A postsinaptici duce la hiperpolarizarea membranelor celulare și la inhibarea impulsului excitator cauzat de depolarizare.
Densitatea receptorilor GABA-A este maximă în cortexul temporal și frontal, hipocamp, amigdala și nucleii hipotalamici, substanța neagră, substanța cenușie periaqueductală și nucleii cerebelosi. Într-o măsură mai mică, receptorii sunt prezenți în nucleul caudat, putamen, talamus, cortexul occipital și epifiză. Toate cele trei subunități ale receptorului GABA-A (α, β și γ) leagă GABA, deși afinitatea de legare este cea mai mare pentru subunitatea b (Fig. 1.38). Barbituricele interacționează cu subunitățile a și P; benzodiazepine - numai cu o subunitate de 7. Afinitatea de legare a fiecăruia dintre liganzi este crescută dacă alți liganzi interacționează în paralel cu receptorul.
Neuroni glicinergici Glicina este un neurotransmițător inhibitor în aproape toate părțile SNC. Cea mai mare densitate a receptorilor de glicină a fost găsită în structurile trunchiului cerebral, cortexul cerebral, striatul, nucleii hipotalamusului, conductorii de la cortexul frontal la hipotalamus și creier.
vezica biliară, măduva spinării. Glicina prezintă proprietăți inhibitorii prin interacțiunea nu numai cu propriii receptori de glicină sensibili la stricnină, ci și cu receptorii GABA.
În concentrații mici, glicina este necesară pentru funcționarea normală a receptorilor de glutamat. NMDA. Glicina este un co-agonist al receptorilor NMDA, deoarece activarea lor este posibilă numai dacă glicina se leagă de situsuri specifice (insensibile la stricnină) glicină. Efectul de potențare al glicinei asupra receptorilor NMDA apare la concentrații sub 0,1 µmol, iar la concentrații de la 10 la 100 µmol, situsul glicinei este complet saturat. Concentrațiile mari de glicină (10-100 mmol) nu activează depolarizarea indusă de NMDA in vivoși prin urmare nu crește excitotoxicitatea.
Neuroni peptidergici
Funcția neurotransmițătoare și/sau neuromodulatoare a multor peptide este încă studiată. Neuronii peptidergici includ:
Celule nervoase hipotalaamoneurohipofizare cu peptide ok-
Sitocina și vasopresina ca neurotransmițători; celule pituitare cu peptide somatostatina, corti-
koliberină, tiroliberină, luliberină;
Neuroni cu peptide ale sistemului nervos autonom al tractului gastrointestinal, cum ar fi substanța P, polipeptidul intestinal vasoactiv (VIN) și colecistochinina;
Neuroni ale căror peptide sunt formate din pro-opiomelanocortină (corticotropină și β-endorfină),
Celulele nervoase encefalinergice.
Substanța-R - care conține neuroni Substanța P este o peptidă cu 11 aminoacizi care are un debut lent și un efect de stimulare de lungă durată. Substanța P conține:
Aproximativ 1/5 celule din ganglionii spinali și ganglionul trigemen (Gasserov), ai căror axoni au o înveliș de mielină subțire sau nu sunt mielinizați;
Celulele bulbului olfactiv;
Neuronii substanței cenușii periaqueductale;
Neuronii căii de la mezencefal la nucleii interpedunculari;
Neuronii căilor nigrostriatale eferente;
Mici celule nervoase situate în cortexul cerebral, în principal în straturile V și VI.
neuroni care conțin VIP Polipeptida intestinală vasoactivă (VIP) constă din 28 de aminoacizi. În sistemul nervos, VIP este un neurotransmițător excitator și/sau neuromodulator. Cea mai mare concentrație de VIP se găsește în neocortex, în principal în celulele bipolare. În trunchiul cerebral, celulele nervoase care conțin VIP sunt situate în nucleul tractului solitar și sunt asociate cu sistemul limbic. Nucleul suprachiasmatic conține neuroni care conțin VIP asociați cu nucleii hipotalamusului. În tractul gastrointestinal, are un efect vasodilatator și stimulează tranziția glicogenului la glucoză.
Neuroni care conțin β-endorfinăβ-endorfina este o peptidă cu 31 de aminoacizi care funcționează ca un neuromodulator inhibitor în creier. Celulele endorfinergice se găsesc în hipotalamusul mediobazal și în porțiunile inferioare ale nucleului tractului solitar. Căile endorfinergice ascendente din hipotalamus merg către câmpul preoptic, nucleii septali și amigdală, iar căile descendente merg către substanța cenușie periaqueductală, nucleul albastru și formațiunea reticulară. Neuronii endorfinergici sunt implicați în reglarea centrală a analgeziei, ei stimulează eliberarea hormonului de creștere, a prolactinei și a vasopresinei.
Neuroni encefalinergici
Enkefalina este o peptidă de 5 aminoacizi care funcționează ca un ligand endogen al receptorilor opiacee. Neuronii encefalinergici sunt localizați în stratul superficial al cornului posterior al măduvei spinării și nucleul tractului spinal al nervului trigemen, nucleul perioval (sistemul auditiv), bulbii olfactiv, în nucleii rafeului, în periaqueductul gri. substanţă. Neuronii care conțin encefalină se găsesc și în neocortex și alocortex.
Neuronii encefalinergici inhibă presinaptic eliberarea substanței P de la terminațiile sinaptice ale aferentelor care conduc impulsurile dureroase (Fig. 1.39). Analgezia poate fi realizată prin stimulare electrică sau microinjectare de opiacee în această zonă. Neuronii encefalinergici afectează reglarea hipotalamo-hipofizară a sintezei și eliberării de oxitocină, vasopresină, unele liberine și statine.
Oxid de azot
Oxidul nitric (NO) este un regulator fiziologic multifuncțional cu proprietățile unui neurotransmițător, care, spre deosebire de neurotransmițătorii tradiționali, nu este rezervat în veziculele sinaptice ale terminațiilor nervoase și este eliberat în fanta sinaptică prin difuzie liberă și nu prin mecanismul de exocitoză. . Molecula de NO este sintetizată ca răspuns la nevoia fiziologică de către enzima WA sintetaza (WAS) din aminoacidul L-arginina. Capacitatea NO de a produce un efect biologic este determinată în principal de dimensiunea mică a moleculei sale, de reactivitatea sa ridicată și de capacitatea de a difuza în țesuturi, inclusiv în cel nervos. Aceasta a fost baza pentru a numi NU un mesager retrograd.
Există trei forme de WAV. Două dintre ele sunt constitutive: neuronale (ncNOS) și endoteliale (ecWAS), al treilea este inductibil (WAV), găsit în celulele gliale.
Dependența de calciu-calmodulină a izoformei neuronale WAV determină o creștere a sintezei de NO cu creșterea nivelului de calciu intracelular. În acest sens, orice proces care duce la acumularea de calciu în celulă (deficit energetic, modificări ale transportului ionic activ,
Orez. 1.39. Mecanismul de reglare encefalinergică a sensibilității dureroase la nivelul substanței gelatinoase.
1 - interneuron; 2 - encefalina; 3 - receptorii encefalinei; 4 - neuronul cornului posterior al măduvei spinării; 5 - receptorii substanței P; 6 - substanta P; 7 - neuron senzitiv al ganglionului spinal. În sinapsa dintre un neuron senzitiv periferic și un neuron al ganglionului spinotalamic, principalul mediator este substanța P. Interneuronul encefalinergic răspunde la sensibilitatea dureroasă, exercitând un efect inhibitor presinaptic asupra eliberării substanței P.
excitotoxicitatea glutamatului, stresul oxidativ, inflamația) sunt însoțite de o creștere a nivelului de NO.
S-a demonstrat că NO are un efect modulator asupra transmiterii sinaptice și asupra stării funcționale a receptorilor de glutamat NMDA. Prin activarea guanilat-ciclazei solubile care conține hem, NO este implicat în reglarea concentrației intracelulare a ionilor de Ca 2+ și a pH-ului în interiorul celulelor nervoase.
1.8. transportul axonal
Transportul axonal joacă un rol important în conexiunile interneuronale. Componentele membranare și citoplasmatice, care se formează în aparatul biosintetic al somei și în partea proximală a dendritelor, trebuie distribuite de-a lungul axonului (intrarea lor în structurile presinaptice ale sinapselor este deosebit de importantă) pentru a compensa pierderea elemente care au suferit eliberare sau inactivare.
Cu toate acestea, mulți axoni sunt prea lungi pentru ca materialele să se deplaseze eficient de la soma la terminalele sinaptice prin difuzie simplă. Această sarcină este efectuată printr-un mecanism special - transportul axonal. Există mai multe tipuri. Organelele și mitocondriile înconjurate de membrană sunt transportate la o rată relativ mare prin transport axonal rapid. Substanțele dizolvate în citoplasmă (de exemplu, proteinele) se deplasează cu ajutorul transportului axonal lent. La mamifere, transportul axonal rapid are o viteză de 400 mm/zi, iar transportul lent este de aproximativ 1 mm/zi. Veziculele sinaptice pot fi transportate prin transport axonal rapid de la soma neuronului motor al măduvei spinării umane la mușchii piciorului în 2,5 zile. Comparați: livrarea multor proteine solubile pe aceeași distanță durează aproximativ 3 ani.
Transportul axonal necesită cheltuirea energiei metabolice și prezența calciului intracelular. Elementele citoscheletului (mai precis, microtubuli) creează un sistem de fire de ghidare de-a lungul cărora se mișcă organele înconjurate de membrane. Aceste organite se atașează de microtubuli într-un mod similar cu cel dintre filamentele groase și subțiri ale fibrelor musculare scheletice; mișcarea organitelor de-a lungul microtubulilor este declanșată de ionii de Ca 2+.
Transportul axonal are loc în două direcții. Transportul de la soma la terminalele axonale, numit transport axonal anterograd, completează aportul de vezicule sinaptice și enzime responsabile de sinteza neurotransmițătorilor în terminațiile presinaptice. Transportul in sens opus, transportul retrograd axonilor, returneaza veziculele sinaptice golite in soma, unde aceste structuri membranare sunt degradate de lizozomi. Substanțele care provin din sinapse sunt necesare pentru a menține metabolismul normal al corpurilor celulelor nervoase și, în plus, transportă informații despre starea aparatelor lor terminale. Încălcarea transportului axonal retrograd duce la modificări în funcționarea normală a celulelor nervoase și, în cazuri severe, la degenerarea retrogradă a neuronilor.
Sistemul de transport axonal este principalul mecanism care determină reînnoirea și furnizarea de mediatori și modulatori în terminațiile presinaptice și, de asemenea, stă la baza formării de noi procese, axoni și dendrite. Conform conceptului de plasticitate cerebrală în general, chiar și în creierul adult, au loc în mod constant două procese interconectate: formarea de noi procese și sinapse, precum și distrugerea și dispariția unei părți a contactelor interneuronale existente anterior. Mecanismele de transport axonal, procesele asociate de sinaptogeneză și creșterea celor mai fine ramificații axonale stau la baza învățării, adaptării și compensarii funcțiilor afectate. Tulburarea transportului axonal duce la distrugerea terminațiilor sinaptice și la modificări în funcționarea anumitor sisteme cerebrale.
Substanțele medicinale și biologic active pot influența metabolismul neuronilor, ceea ce determină transportul lor axonal, stimulându-l și crescând astfel posibilitatea unor procese compensatorii și regenerative. Întărirea transportului axonal, creșterea celor mai subțiri ramuri ale axonilor și sinaptogeneza joacă un rol pozitiv în funcționarea normală a creierului. În patologie, aceste fenomene stau la baza proceselor reparatorii, compensatorii și de recuperare.
Unii virusuri și toxine se răspândesc prin transportul axonal de-a lungul nervilor periferici. Da, virusul varicelo-zosterian (virusul varicelei zoster) pătrunde în celulele ganglionilor spinali (spinali). Acolo, virusul rămâne într-o formă inactivă, uneori pentru mulți ani, până când starea imunitară a persoanei se schimbă. Apoi virusul poate fi transportat de-a lungul axonilor senzoriali la piele și în dermatoame
nervii spinali flacci provoacă erupții dureroase de zona zoster (Herpes zoster). Toxina tetanica este transportata si prin transport axonal. bacterii Clostridium tetani dintr-o rană contaminată prin transport retrograd în neuronii motori. Dacă toxina este eliberată în spațiul extracelular al coarnelor anterioare ale măduvei spinării, blochează activitatea receptorilor de aminoacizi neurotransmițători inhibitori sinaptici și provoacă convulsii tetanice.
1.9. Răspunsurile țesutului nervos la leziuni
Deteriorarea țesutului nervos este însoțită de reacții ale neuronilor și neurogliei. Când sunt grav deteriorate, celulele mor. Deoarece neuronii sunt celule post-mitotice, ei nu se completează.
Mecanisme de moarte a neuronilor și a celulelor gliale
În țesuturile afectate sever, predomină procesele de necroză, care afectează câmpuri celulare întregi cu degenerare celulară pasivă, umflare și fragmentare a organelelor, distrugerea membranei, liza celulară, eliberarea conținutului intracelular în țesutul înconjurător și dezvoltarea unui răspuns inflamator. Necroza este întotdeauna cauzată de o patologie grosolană, mecanismele sale nu necesită cheltuială de energie și poate fi prevenită doar prin înlăturarea cauzei leziunii.
apoptoza este un tip de moarte celulară programată. Celulele apoptotice, spre deosebire de cele necrotice, sunt situate singure sau în grupuri mici, împrăștiate în tot țesutul. Au o dimensiune mai mică, membrane nemodificate, citoplasmă încrețită cu păstrarea organelelor, apariția unor proeminențe multiple legate de membrana citoplasmatică. Nu există o reacție inflamatorie a țesutului, care este în prezent una dintre caracteristicile morfologice distinctive importante ale apoptozei de necroză. Atât celulele micșorate, cât și corpurile apoptotice conțin organele celulare intacte și mase de cromatină condensată. Rezultatul distrugerii secvențiale a ADN-ului în celulele apoptotice este imposibilitatea replicării (reproducției) și a participării la interacțiunile intercelulare, deoarece aceste procese necesită sinteza de noi proteine. Celulele moarte sunt îndepărtate eficient din țesut prin fagocitoză. Principalele diferențe dintre procesele de necroză și apoptoză sunt rezumate în Tabelul 1. 1.1.
Tabelul 1.1. Semne ale diferențelor în procesele de necroză și apoptoză
Apoptoza este o parte integrantă a proceselor de dezvoltare și homeostazie a țesutului matur. În mod normal, organismul folosește acest mecanism programat genetic în timpul embriogenezei pentru a distruge „excesul” de material celular într-un stadiu incipient al dezvoltării țesuturilor, în special, în neuronii care nu au stabilit contacte cu celulele țintă și sunt astfel lipsiți de suport trofic de la acestea. celule. La vârsta adultă, intensitatea apoptozei în SNC la mamifere scade semnificativ, deși rămâne ridicată în alte țesuturi. Eliminarea celulelor afectate de virus și dezvoltarea unui răspuns imun sunt, de asemenea, însoțite de o reacție apoptotică. Alături de apoptoză, sunt izolate și alte variante ale morții celulare programate.
Markerii morfologici ai apoptozei sunt corpuri apoptotice și neuronii micșorati cu o membrană intactă. Un marker biochimic care a devenit aproape identic cu conceptul de „apoptoză” este fragmentarea ADN-ului. Acest proces este activat de ionii de Ca 2+ și Mg 2+ și inhibat de ionii de Zn 2+. Scindarea ADN-ului are loc ca urmare a acțiunii endonucleazei dependente de calciu-magneziu. S-a stabilit că endonucleazele scindează ADN-ul între proteinele histonelor, eliberând fragmente de lungime regulată. ADN-ul este inițial împărțit în fragmente mari de 50 și 300.000 de baze, care sunt apoi scindate în fragmente de 180 de perechi de baze, formând o „scără” atunci când sunt separate prin electroforeză pe gel. Fragmentarea ADN-ului nu se corelează întotdeauna cu morfologia caracteristică apoptozei și este un marker condiționat care nu este echivalent cu criteriile morfologice. Cea mai perfectă modalitate de a confirma apoptoza este metoda biologic-histochimică, care face posibilă fixarea nu numai a fragmentării ADN-ului, ci și a unei caracteristici morfologice importante - corpurile apoptotice.
Programul de apoptoză constă din trei etape consecutive: luarea unei decizii cu privire la moarte sau supraviețuire; implementarea mecanismului de distrugere; eliminarea celulelor moarte (degradarea componentelor celulare și fagocitoza acestora).
Supraviețuirea sau moartea celulelor este determinată în mare măsură de produșii de expresie ai genelor din familia cW. Produșii proteici ai două dintre aceste gene, ced-3și ced-4(„genele ucigașe”) sunt esențiale pentru apariția apoptozei. Produs proteic al unei gene ced-9 protejează celulele prin prevenirea apoptozei prin prevenirea declanșării genelor ced-3și ced-4. Alte gene ale familiei ced codifică proteinele implicate în ambalarea și fagocitoza celulelor moarte, degradarea ADN-ului unei celule moarte.
La mamifere, omologi ai genei ucigașe ced-3(și produsele sale proteice) sunt gene care codifică enzime de conversie a interleukinei - caspaze (cisteină aspartil proteaze), care au diferite substraturi și specificități inhibitoare. Precursorii inactivi ai caspazei, procaspazele, sunt prezenți în toate celulele. Activarea procaspazelor la mamifere este efectuată de un analog al genei ced-4 - un factor excitator al proteazei apoptotice-1 (Apaf-a), legarea pentru ATP, care subliniază importanța nivelului de aprovizionare cu energie pentru alegerea mecanismului morții. Când sunt excitate, caspazele modifică activitatea proteinelor celulare (polimeraze, endonucleaze, componente ale membranei nucleare) responsabile de fragmentarea ADN-ului în celulele apoptotice. Enzimele activate încep scindarea ADN-ului cu apariția trifosfonucleotidelor la pauze, determinând distrugerea proteinelor citoplasmatice. Celula pierde apa si scade, pH-ul citoplasmei scade. Membrana celulară își pierde proprietățile, celula se micșorează și se formează corpuri apoptotice. Procesul de rearanjare a membranelor celulare se bazează pe activarea siringomielazei, care scindează siringomielina celulei cu eliberarea de ceramidă, care activează fosfolipaza A2. Există o acumulare de produse ai acidului arahidonic. Proteinele fosfatidilserina și vitronectina exprimate în timpul apoptozei sunt aduse la suprafața exterioară a celulei și semnalate macrofagelor care efectuează fagocitoza corpurilor apoptotice.
Omologhi genei nematodelor ced-9, determinând supraviețuirea celulară, la mamifere este o familie de proto-oncogene bcl-2.Și bcl-2,și proteine aferente bcl-x-l sunt prezente în creierul mamiferelor, unde protejează neuronii de apoptoză în timpul expunerii ischemice, eliminării factorilor de creștere și influența neurotoxinelor. in vivoși in vitro. Analiza produselor de exprimare a genei bcl-2 a relevat o întreagă familie de proteine înrudite cu bcl-2, inclusiv atât anti-apoptotice (Bcl-2și Bcl-x-l),și proapoptotic (Bcl-x-s, Bax, Bad, Bag) proteine. Proteinele bax și bad au o secvență omoloagă și formează heterodimeri cu bcl-2și bcl-xl in vitro. Pentru activitatea care suprimă moartea, bcl-2și bcl-x-l trebuie să formeze dimeri cu proteine ba, iar dimerii cu proteina rea cresc moartea. Aceasta a condus la concluzia că bcl-2și moleculele înrudite sunt determinanți cheie ai supraviețuirii sau morții celulare în SNC. Studiile genetice moleculare au arătat că
numită familie de gene bcl-2, format din 16 gene cu funcții opuse, la om este cartografiat pe cromozomul 18. Efectele antiapoptotice sunt produse de șase gene ale familiei, asemănătoare cu progenitoarea grupului. bcl-2; celelalte 10 gene susțin apoptoza.
Efectele pro și anti-apoptotice ale produselor de expresie genetică activate bcl-2 realizat prin modularea activităţii mitocondriale. Mitocondriile sunt un jucător cheie în apoptoză. Conține citocrom C, ATP, ioni de Ca 2+ și factor de inducere a apoptozei (AIF) - componente necesare pentru inducerea apoptozei. Eliberarea acestor factori din mitocondrii are loc atunci când membrana acesteia interacționează cu proteinele activate ale familiei bcl-2, care sunt atașate de membrana mitocondrială exterioară în punctele de convergență ale membranelor exterioare și interioare - în regiunea așa-numitului por de permeabilizare, care este un megacanal de până la 2 nm în diametru. La atașarea proteinelor bcl-2 către membrana exterioară a mitocondriilor, megacanalele porilor se extind la 2,4–3 nm. Prin aceste canale, citocromul C, ATP și AIF intră în citosolul celulei din mitocondrii. Proteinele anti-apoptotice ale familiei bcl-2, dimpotrivă, închid megacanalele, întrerupând progresia semnalului apoptotic și protejând celula de apoptoză. În timpul apoptozei, mitocondriile nu își pierd integritatea și nu sunt distruse. Eliberat din mitocondrii, citocromul C formează un complex cu factorul de activare a proteazei apoptotice (APAF-l), caspaza-9 și ATP. Acest complex este un apoptozom în care este activată caspaza-9, iar apoi principalul „ucigaș” caspaza-3, care duce la moartea celulei. Mecanismul de semnalizare mitocondrială este principala cale pentru inducerea apoptozei.
Un alt mecanism de inducere a apoptozei este transmiterea unui semnal proapoptotic atunci când ligandul se leagă de receptorii regiunii de moarte celulară, care are loc prin proteinele adaptoare FADD/MORT1, TRADD. Calea receptorului de moarte celulară este mult mai scurtă decât cea mitocondrială: prin intermediul unor molecule adaptoare, se activează caspaza-8, care, la rândul său, activează direct caspazele „ucigașe”.
Anumite proteine precum p53, p21 (WAF1), poate favoriza apoptoza. S-a demonstrat că firesc p53 induce apoptoza în liniile celulare tumorale şi in vivo. Transformare p53 de la un tip natural la o formă mutantă duce la dezvoltarea cancerului în multe organe ca urmare a suprimării proceselor de apoptoză.
Degenerarea axonilor
După transecția axonului în soma celulei nervoase, se dezvoltă așa-numita reacție axonală, care vizează refacerea axonului prin sintetizarea de noi proteine structurale. În soma neuronilor intacți, corpurile Nissl sunt colorate intens cu colorantul bazic de anilină, care se leagă de acizii ribonucleici ai ribozomilor. Totuși, în timpul reacției axonilor, cisternele reticulului endoplasmatic rugos cresc în volum, fiind umplute cu produse de sinteză a proteinelor. Are loc cromatoliza - dezorganizarea ribozomilor, în urma căreia colorarea corpurilor Nissl cu colorantul principal de anilină devine mult mai slabă. Corpul celular se umflă și se rotunjește, iar nucleul se deplasează într-o parte (poziția excentrică a nucleului). Toate aceste modificări morfologice sunt o reflectare a proceselor citologice care însoțesc creșterea sintezei proteice.
Secțiunea axonului distală de locul secțiunii moare. În câteva zile, acest site și toate terminațiile sinaptice ale axonului sunt distruse. Teaca de mielină a axonului degenerează și ea, fragmentele sale sunt captate de fagocite. Cu toate acestea, celulele neurogliale care formează mielina nu mor. Această succesiune de fenomene se numește degenerare walleriana.
Dacă axonul deteriorat a furnizat singura sau principala intrare sinaptică către nervul sau celula efectoră, atunci celula postsinaptică poate degenera și muri. Un exemplu binecunoscut este atrofia fibrelor musculare scheletice după o încălcare a inervației acestora de către neuronii motori.
Regenerarea axonilor
După ce axonul deteriorat degenerează, mulți neuroni pot crește un nou axon. La capătul segmentului proximal, axonul începe să se ramifice [încolțirea (incoltire)- creştere]. În PNS, ramurile nou formate cresc de-a lungul căii inițiale a nervului mort, dacă, desigur, această cale este disponibilă. În timpul perioadei de degenerescență Walleriană, celulele Schwann din partea distală a nervului nu numai că supraviețuiesc, ci și proliferează, aliniându-se în rânduri pe unde a trecut nervul mort. „Conurile de creștere” ale axonului în regenerare își fac drum între rândurile de celule Schwann și în cele din urmă își pot atinge țintele, reinervându-le. Axonii sunt apoi remielinizați de celulele Schwann. Rata de regenerare este limitată
este măsurată prin viteza de transport lent axonilor, adică aproximativ 1 mm/zi.
Regenerarea axonală în SNC este oarecum diferită: celulele oligodendrogliei nu pot trasa o cale pentru creșterea ramurilor axonale, deoarece în SNC fiecare oligodendrocit mielinizează mulți axoni (spre deosebire de celulele Schwann din SNP, fiecare dintre care furnizează doar un axon cu mielină).
Este important de reținut că semnalele chimice au efecte diferite asupra proceselor regenerative din SNC și SNP. Un obstacol suplimentar în calea regenerării axonale în SNC sunt cicatricile gliale formate din astrocite.
Încolțirea sinaptică, care asigură „re-întărirea” curenților neuronali existenți și formarea de noi conexiuni polisinaptice, determină plasticitatea țesutului neuronal și formează mecanismele implicate în restabilirea funcțiilor neurologice afectate.
Factori trofici
Un rol important în dezvoltarea leziunilor ischemice a țesutului cerebral îl joacă nivelul aportului său trofic.
Proprietățile neurotrofice sunt inerente multor proteine, inclusiv proteinele structurale (de exemplu, S1OOβ). În același timp, aceștia sunt maximizați de factori de creștere, care reprezintă un grup eterogen de factori trofici, format din cel puțin 7 familii - neurotrofine, citokine, factori de creștere fibroblastici, factori de creștere insulinodependenți, familia factorului de creștere transformator 31. (TGF-J3I), factori de creștere epidermici și alții, inclusiv proteina de creștere 6 (GAP-6)4, factorul de creștere dependent de trombocite, factorul neurotrofic legat de heparină, eritropoietina, factorul de stimulare a coloniilor de macrofage etc. (Tabelul 1.2).
Cea mai puternică influență trofică asupra tuturor proceselor principale ale activității vitale a neuronilor o exercită neurotrofinele - proteine reglatoare ale țesutului nervos, care sunt sintetizate în celulele acestuia (neuroni și glia). Acţionează local - la locul eliberării şi mai ales induc intens ramificarea dendritelor şi creşterea axonilor în direcţia celulelor ţintă.
Până în prezent, trei neurotrofine care sunt similare ca structură între ele au fost cele mai studiate: factorul de creștere a nervilor (NGF), factorul de creștere derivat din creier (BDNF) și neurotrofina-3 (NT-3).
Tabelul 1.2. Clasificarea modernă a factorilor neurotrofici
Într-un organism în curs de dezvoltare, ele sunt sintetizate de o celulă țintă (de exemplu, un fus muscular), difuzează către un neuron și se leagă de moleculele receptorului de pe suprafața acestuia.
Factorii de creștere legați de receptori sunt preluați de neuroni (adică suferă endocitoză) și transportați retrograd în somă. Acolo pot actiona direct asupra nucleului, modificand formarea enzimelor responsabile de sinteza neurotransmitatorilor si de cresterea axonilor. Există două forme de receptori pentru factorii de creștere - receptorii cu afinitate scăzută și receptorii tirozin kinazei cu afinitate mare, de care se leagă majoritatea factorilor trofici.
Ca urmare, axonul ajunge la celula țintă, stabilind contact sinaptic cu aceasta. Factorii de creștere susțin viața neuronilor, care în absența lor nu pot exista.
Dereglarea trofică este una dintre componentele universale ale patogenezei leziunilor sistemului nervos. Când celulele mature sunt lipsite de suport trofic, se dezvoltă dediferențierea biochimică și funcțională a neuronilor cu o modificare a proprietăților țesuturilor inervate. Dereglarea trofică afectează starea macromoleculelor implicate în electrogeneza membranei, transportul ionilor activi, transmisia sinaptică (enzime pentru sinteza mediatorilor, receptorii postsinaptici) și funcția efectoră (miozina musculară). Ansamblurile de neuroni centrali dediferențiați creează focare de excitație îmbunătățită patologic, declanșând cascade patobiochimice care duc la moartea neuronilor prin mecanismele de necroză și apoptoză. Dimpotrivă, cu un nivel suficient de aprovizionare trofică, regresia deficitului neurologic după afectarea ischemică a creierului se observă adesea chiar și cu defectul morfologic rămas care a provocat-o inițial, ceea ce indică o mare adaptabilitate a funcției cerebrale.
S-a stabilit că modificările homeostaziei potasiului și calciului, sinteza excesivă de oxid nitric, care blochează enzima tirozin kinază, care face parte din centrul activ al factorilor trofici, și dezechilibrul citokinelor, participă la dezvoltarea deficienței trofice. Unul dintre mecanismele propuse este agresiunea autoimună împotriva propriilor neurotrofine și a proteinelor neurospecifice structurale cu proprietăți trofice, care devine posibilă ca urmare a încălcării funcției de protecție a barierei hematoencefalice.
Măduva spinării este cea mai veche și primitivă formațiune a sistemului nervos central al vertebratelor, păstrându-și segmentarea morfologică și funcțională la cele mai bine organizate animale. O trăsătură caracteristică a organizării măduvei spinării este periodicitatea structurii sale sub formă de segmente cu intrări sub formă de rădăcini posterioare, o masă celulară de neuroni (substanță cenușie) și ieșiri sub formă de rădăcini anterioare.
Măduva spinării umane are 31-33 de segmente: 8 cervicale, 12 toracice, 5 lombare. 5 sacrale, 1-3 coccigiene.
Nu există limite morfologice între segmentele măduvei spinării; prin urmare, diviziunea în segmente este funcțională și este determinată de zona de distribuție a fibrelor rădăcinii posterioare în ea și de zona celulelor care formează ieșirea rădăcinilor anterioare. . Fiecare segment inervează trei metamere ale corpului prin rădăcinile sale și, de asemenea, primește informații de la trei metamere ale corpului. Ca urmare a suprapunerii, fiecare metamer al corpului este inervat de trei segmente și transmite semnale către trei segmente ale măduvei spinării.
Măduva spinării umane are două îngroșări: cervicală și lombară - conțin un număr mai mare de neuroni decât în celelalte părți ale sale. Fibrele care intră în rădăcinile posterioare ale măduvei spinării îndeplinesc funcții care sunt determinate de unde și pe ce neuroni se termină aceste fibre. Rădăcinile posterioare sunt aferente, senzoriale, centripete. Anterior - eferent, motor, centrifugal.
Intrările aferente către măduva spinării sunt organizate de axonii ganglionilor spinali aflați în afara măduvei spinării, axonii ganglionilor extra- și intramurali ai diviziunilor simpatice și parasimpatice ale sistemului nervos autonom.
Primul grup de intrări aferente ale măduvei spinării este format din fibre senzoriale care provin de la receptorii musculari, receptorii tendinei, periostul și membranele articulare. Acest grup de receptori formează începutul sensibilității proprioceptive.
Al doilea grup de intrări aferente ale măduvei spinării pleacă de la receptorii pielii: durere, temperatură, tactile, presiune - și reprezintă sistemul receptor al pielii.
Al treilea grup de intrări aferente ale măduvei spinării este reprezentat de intrări receptive din organele viscerale; este sistemul visceroreceptor.
Neuronii eferenți (motori) sunt localizați în coarnele anterioare ale măduvei spinării, fibrele lor inervează toți mușchii scheletici.
Măduva spinării are două funcții: de conducere și reflex.
Maduva spinarii indeplineste o functie conductoare datorita cailor ascendenta si descendenta care trec prin substanta alba a maduvei spinarii. Aceste căi conectează segmente individuale ale măduvei spinării între ele. Măduva spinării conectează periferia cu creierul prin căi lungi ascendente și descendente. Impulsurile aferente de-a lungul căilor măduvei spinării sunt transportate către creier, purtând informații despre schimbările din mediul extern și intern al corpului. Prin căi descendente, impulsurile din creier sunt transmise neuronilor efectori ai măduvei spinării și provoacă sau reglează activitatea acestora.
Ca centru reflex, măduva spinării este capabilă să efectueze reflexe motorii și autonome complexe. Aferent - sensibil - modurile în care este conectat cu receptorii și eferent - cu mușchii scheletici și toate organele interne.
Substanța cenușie a măduvei spinării, rădăcinile posterioare și anterioare ale nervilor spinali și propriile mănunchiuri de substanță albă formează aparatul segmentar al măduvei spinării. Oferă o funcție reflexă (segmentară) a măduvei spinării.
Centrii nervoși ai măduvei spinării sunt centrii segmentali sau de lucru. Neuronii lor sunt conectați direct cu receptorii și organele de lucru. Diversitatea funcțională a neuronilor măduvei spinării, prezența în ea a neuronilor aferenți, interneuronii, neuronilor motori și neuronilor sistemului nervos autonom, precum și numeroasele conexiuni directe și inverse, segmentare, intersegmentare și conexiuni cu structurile creierului - toate acestea creează condiții. pentru activitatea reflexă a măduvei spinării cu participarea, atât structurile proprii, cât și creierul.
O astfel de organizare permite implementarea tuturor reflexelor motorii ale corpului, diafragmei, sistemului genito-urinar și rectului, termoreglarea, reflexele vasculare etc.
Sistemul nervos funcționează după principii reflexe. Un reflex este un răspuns al corpului la influențe externe sau interne și se extinde de-a lungul arcului reflex, adică. activitatea reflexă proprie a măduvei spinării se realizează prin arcuri reflexe segmentare. Arcurile reflexe sunt circuite formate din celule nervoase.
Există cinci verigi în arcul reflex:
receptor;
fibra sensibilă conducând excitația către centri;
centrul nervos, unde excitația trece de la celulele senzoriale la celulele motorii;
fibra motorie care transportă impulsurile nervoase către periferie;
organul activ este un muşchi sau o glandă.
Cel mai simplu arc reflex include neuronii senzitivi și eferenti, de-a lungul cărora impulsul nervos se deplasează de la locul de origine (receptor) la organul de lucru (efector).Corpul primului neuron senzitiv (pseudo-unipolar) este situat în ganglionul spinal. . Dendrita începe cu un receptor care percepe iritația externă sau internă (mecanică, chimică etc.) și o transformă într-un impuls nervos care ajunge în corpul celulei nervoase. Din corpul neuronului de-a lungul axonului, impulsul nervos prin rădăcinile senzoriale ale nervilor spinali este trimis către măduva spinării, unde se formează sinapsele cu corpurile neuronilor efectori. In fiecare sinapsa interneuronale, cu ajutorul unor substante biologic active (mediatori), se transmite un impuls. Axonul neuronului efector iese din măduva spinării ca parte a rădăcinilor anterioare ale nervilor spinali (fibre nervoase motorii sau secretoare) și merge spre organul de lucru, determinând contracția musculară, creșterea (inhibarea) secreției glandelor.
Centrii reflexi și reflexele spinale din punct de vedere funcțional sunt nucleii măduvei spinării. În regiunea cervicală a măduvei spinării se află centrul nervului frenic, centrul constricției pupilei. În regiunile cervicale și toracice există centri motorii ai mușchilor membrelor superioare, toracelui, abdomenului și spatelui. În regiunea lombară există centre ale mușchilor extremităților inferioare. În regiunea sacră există centre pentru urinare, defecare și activitate sexuală. În coarnele laterale ale regiunilor toracice și lombare se află centrii sudoripare și centrii vasomotori.
Măduva spinării are o structură segmentară. Un segment este un segment care dă naștere la două perechi de rădăcini. Dacă rădăcinile din spate ale broaștei sunt tăiate pe o parte și rădăcinile din față pe cealaltă, atunci labele din partea în care sunt tăiate rădăcinile din spate își pierd din sensibilitate, iar pe partea opusă, unde sunt tăiate rădăcinile din față, acestea vor fi paralizate. . În consecință, rădăcinile posterioare ale măduvei spinării sunt sensibile, iar rădăcinile anterioare sunt motorii.
Reacțiile reflexe ale măduvei spinării depind de locația, puterea stimulării, zona zonei reflexe iritate, viteza de conducere de-a lungul fibrelor aferente și eferente și, în cele din urmă, de influența creierului. Forța și durata reflexelor măduvei spinării cresc cu stimularea repetată. Fiecare reflex spinal are propriul său câmp receptiv și propria sa localizare (locație), propriul nivel. Deci, de exemplu, centrul reflexului cutanat se află în segmentul lombar II-IV; Ahile - în segmentele V lombare și I-II sacrale; plantară - în sacrul I-II, centrul muşchilor abdominali - în segmentele toracice VIII-XII. Cel mai important centru vital al măduvei spinării este centrul motor al diafragmei, situat în segmentele cervicale III-IV. Deteriorarea acestuia duce la moarte din cauza stopului respirator.
