Аксональный транспорт (аксоток) - это перемещение веществ от тела нейрона в отростки (антероградный аксоток) и в обратном направлении (ретроградный аксоток). Различают медленный аксональный ток веществ (1-5 мм в сутки) и быстрый (до 1-5 м в сутки). Обе транспортные системы присутствуют как в аксонах, так и в дендритах. Аксональный транспорт обеспечивает единство нейрона. Он создаёт постоянную связь между телом нейрона (трофическим центром) и отростками. Основные синтетические процессы идут в перикарионе. Здесь сосредоточены необходимые для этого органеллы. В отростках синтетические процессы протекают слабо.
Антероградная быстрая система транспортирует к нервным окончаниям белки и органеллы, необходимые для синаптических функций (митохондрии, фрагменты мембран, пузырьки, белки-ферменты, участвующие в обмене нейромедиаторов, а также предшественники нейромедиаторов). Ретроградная система возвращает в перикарион использованные и поврежденные мембраны и белки для деградации в лизосомах и обновления, приносит информацию о состоянии периферии, факторы роста нервов. Медленный транспорт - это антероградная система, проводящая белки и другие вещества для обновления аксоппазмы зрелых нейронов и обеспечения роста отростков при их развитии и регенерации.
Ретроградный транспорт может иметь значение в патологии. За счёт него нейротропные вирусы (герпеса, бешенства, полиомиелита) могут перемещаться с периферии в центральную нервную систему.
Нейроглия
Глиоциты выполняют в нервной ткани вспомогательные функции: опорную, разграничительную, трофическую, секреторную и защитную. Они поддерживают постоянно среды вокруг нейронов. Клетки нейроглии делятся на 2 группы: макроглию и микроглию. Клетки макроглии бывают трех типов.
Эпендимоциты. Выстилают каналы и желудочки единого и головного мозга, по которым циркулирует спинномозговая жидкость (ликвор). Эти клетки напоминают однослойный призматический эпителий. На апикальных концах эпендимоцитов расположены реснички, помогающие движению спинномозговой жидкости. Через апикальные концы эпендимоциты могут выделять биологически активные вещества, которые с лидером разносятся по всему мозгу. От базальных концов эпендимоцитов отходят отростки, которые могут идти через весь мозг. В желудочках мозга находятся сосудистые сплетения. Они покрыты специализированными эпендимоцитами, участвующими в образований ликвора.
Астроциты . Различают протоплазматические и волокнистые астроциты. Протоплазматические астроциты имеют короткие толстые отростки. Они расположены в сером веществе мозга, выполняют разграничительную и трофическую функции. Волокнистые астроциты находятся в белом веществе, имеют многочисленные тонкие длинные отростки, которые оплетают кровеносные сосуды мозга, образуя периваскулярные глиальные пограничные мембраны. Их отростки также изолируют синапсы. Таким образом, они изолируют нейроны и кровеносные сосуды и участвуют в образовании гемато-энцефалического барьера, обеспечивают обмен веществ между кровью и нейронами. Они также участвуют в образовании оболочек мозга и выполняют опорную функцию (образуют каркас мозга).
Олигодендроциты имеют мало отростков, окружают нейроны, выполняя трофическую (участие в питании нейронов) и разграничительную Функции. Олигодендроциты, расположенные вокруг тел нейронов, называются мантийными глиоцитами. Олигодендроциты, расположенные в периферической нервной системе и образующие оболочки вокруг отростков нейронов, называют леммоцитами (шванновскими клетками).
Микроглия (глиальные макрофаги). Образуйся из костномозговых предшественников моноцитов. Покоящиеся микроглиоциты имеют короткие ветвящиеся отростки. Под действием микроорганизмов и продуктов распада нервной ткани они активируются, теряют отростки, округляются и превращаются в «зернистые шары» (реактивная микроглия). При этом они, как макрофаги, уничтожают разрушенные нервные и глиальные клетки.
Источники развития - нервная трубка, нервный гребень (ганглиозные пластинки) и плакоды. Нервная трубка образуется в результате смыкания краёв нервного желобка, развивающегося из эктодермы. Нервные гребни расположены между нервной трубкой и эктодермой Они образуются в результате выселения клеток из утолщенных краев нервного желобка - нервных валиков. Плакоды представляют собой эктодермы по бокам нервной трубки на головном конце зародыша. Нейробласты нервной трубки дают начало нервным клеткам, а глиобласты - глиальным клеткам головного и спинного мозга. Из клеток нервного гребня происходят нейроны и нейроглия всех нервных ганглиев, а из плакод - рецепторные (нейросенсорные) клетки органа обоняния, нейроны слухового и вестибулярного ганглиев. Клетки микроглии образуются из промоноцитов красного костного мозга.
В ходе эмбриогенеза до 85% образующихся нейронов гибнет в результате апоптоза (генетически запрограммированной смерти). Погибают дефектные нейроны (с повреждённой ДНК), нейроны, которые не нашли свои «клетки-мишени» или оказались избыточными, «лишними».
5.2.5. АКСОННЫЙ ТРАНСПОРТ
Наличие у нейрона отростков, длина которых может достигать 1 м (например, аксоны, ин-нервирующие мускулатуру конечностей), создает серьезную проблему внутриклеточной связи между различными участками нейрона и ликвидации возможных повреждений его отростков. Основная масса веществ (структурных белков, ферментов, полисахаридов, липидов и др.) образуется в трофическом центре (теле) нейрона, расположенном преимущественно около ядра, а используются они в различных участках нейрона, включая его отростки. Хотя в аксонных окончаниях существуют синтез медиаторов, АТФ и повторное использование мембраны пузырьков после выделения медиатора, все же необходима постоянная доставка ферментов и фрагментов мембран из тела клетки. Для транспорта этих веществ (например, белков) путем диффузии на расстояние, равное максимальной длине аксона (около 1 м), потребовалось бы 50 лет! Для решения этой задачи эволюция сформировала специальный вид транспорта в пределах отростков нейрона, который более хорошо изучен в аксонах и получил название аксонного транспорта. С помощью этого процесса осуществляется трофическое влияние не только в пределах различных участков нейрона, но и на иннервируе-
мые клетки. В последнее время появились данные о существовании нейроплазматичес-кого транспорта в дендритах, который осуществляется из тела клетки со скоростью около 3 мм в сутки. Различают быстрый и медленный аксонный транспорт.
А. Быстрый аксонный транспорт идет в двух направлениях: от тела клетки до аксонных окончаний (антеградный транспорт, скорость 250-400 мм/сут) и в противоположном направлении (ретроградный транспорт, скорость 200-300 мм/сут). Посредством анте-градного транспорта в аксонные окончания доставляются везикулы, образующиеся в аппарате Гольджи и содержащие гликопротеины мембран, ферменты, медиаторы, липиды и другие вещества. Посредством ретроградного транспорта в тело нейрона переносятся везикулы, содержащие остатки разрушенных структур, фрагменты мембран, ацетилхоли-нэстераза, неидентифицированные «сигнальные вещества», регулирующие синтез белка в соме клетки. В патологических условиях по аксону к телу клетки могут транспортироваться вирусы полиомиелита, герпеса, бешенства и столбнячный экзотоксин. Многие вещества, доставленные путем ретроградного транспорта, подвергаются разрушению в лизосомах.
Быстрый аксонный транспорт осуществляется с помощью специальных структурных элементов нейрона: микротрубочек и микрофиламентов, часть которых представляет собой актиновые нити (актин составляет 10-15 % белков нейрона). Для транспорта необходима энергия АТФ. Разрушение микротрубочек (например, колхицином) и микрофиламентов (цитохолазином В), снижение уровня АТФ в аксоне более чем в 2 раза и падение концентрации Са 2+ блокируют аксонный транспорт.
Б. Медленный аксонный транспорт осуществляется только в антеградном направлении и представляет собой передвижение всего столба аксоплазмы. Он выявляется в опытах со сдавлением (перевязкой) аксона. При этом происходит увеличение диаметра аксона проксимальнее перетяжки в результате «наплыва гиалоплазмы» и утончение аксона за местом сдавления. Скорость медленного транспорта равна 1-2 мм/сут, что соответствует скорости роста аксона в онтогенезе и при его регенерации после его повреждения. С помощью этого транспорта перемещаются образованные в эндоплазматической сети белки микротрубочек и микрофиламентов (тубулин, актин и др.), ферменты цитозоля, РНК, белки каналов, насосов и другие вещества. Медленный аксонный транспорт не на-
рушается при разрушении микротрубочек, но прекращается при отделении аксона от тела нейрона, что свидетельствует о разных механизмах быстрого и медленного аксонного транспорта.
В. Функциональная роль аксонного транспорта. 1. Антеградный и ретроградный транспорт белков и других веществ необходимы для поддержания структуры и функции аксона и его пресинаптических окончаний, а также для таких процессов, как аксонный рост и образование синаптических контактов.
2. Аксонный транспорт участвует в трофическом влиянии нейрона на иннервируемую клетку, так как часть транспортируемых веществ выделяется в синаптическую щель и действует на рецепторы постсинаптической мембраны и близлежащих участков мембраны иннервируемой клетки. Эти вещества участвуют в регуляции обмена веществ, процессов размножения и дифференцировки ин-нервируемых клеток, формируя их функциональную специфику. Например, в опытах с перекрестной иннервацией быстрых и медленных мышц показано, что свойства мышц меняются в зависимости от типа иннервиру-ющего нейрона, его нейротрофического воздействия. Передатчики трофических влияний нейрона до сих пор точно не определены, важное значение в этом плане придается полипептидам и нуклеиновым кислотам.
3. Роль аксонного транспорта особенно ярко выявляется при повреждении нерва. Если нервное волокно на каком-либо участке прервано, его периферический отрезок, лишенный контакта с телом нейрона, подвергается разрушению, которое называется валле-ровской дегенерацией. В течение 2-3 сут наступает распад нейрофибрилл, митохондрий, миелина и синаптических окончаний. Надо отметить, что распаду подвергается участок волокна, снабжение которого кислородом и питательными веществами с кровотоком не прекращается. Считают, что решающим механизмом дегенерации является прекращение аксонного транспорта веществ от тела клетки до синаптических окончаний.
4. Аксонный транспорт играет важную роль и при регенерации нервных волокон.
Любой нейрон имеет только один аксон – как правило длинный и мало ветвистый. Он может быть покрыт миелиновой оболочкой с перехватами Ранвье. Она в десятки раз ускоряет проведение возбуждения по аксону.
Долгое время уделяли мало внимания строению аксоплазмы аксона. Был проведен эксперимент: если аксон перетянуть, то над перетяжкой формируется наплыв, расширение аксоплазмы. Изучение структуры аксона показало, что внутри находится ЦИТОСКЕЛЕТ, состоящий из МИКРОТРУБОЧЕК (диаметр 20-30 нм), НЕЙРОФИЛАМЕНТОВ (диаметр 10 нм) и МИКРОФИЛАМЕНТОВ (диаметр 5 нм).
МИКРОТРУБОЧКИ есть и в дендритах и в аксоне, но в аксоне их значительно больше. Они не ветвятся, имеет разную длину, начинаются в соме и прокладывают себе путь в аксоплазме к окончанию аксона, т.е. к аксонной терминали. В стенках микротрубочек находятся белки, похожие на тубулин, содержащийся в мышечных волокнах и участвующий в сокращении. Белок КИНЕЗИН обеспечивает транспорт веществ от сомы к аксонной терминале (АНТЕРОГРАДНЫЙ), а белок ДИНЕИН – обратный РЕТРОГРАДНЫЙ ТРАНСПОРТ. По нейро- и микрофиламентам также происходит транспорт, но пассивный, а не за счет сокращения их стенок.
Существует БЫСТРЫЙ и МЕДЛЕННЫЙ АКСОНАЛЬНЫЙ ТРАНСПОРТ. БЫСТРЫЙ – 200-400 мм в сутки, а медленный – 2-4 мм в сутки. Транспортируются белки, липиды, ферменты, медиаторы, которые могут синтезироваться и в соме и в аксонной терминале. Такой транспорт обеспечивает и жизнеспособность и функции нейрона. Если аксон обработать КОЛХИЦИНОМ, блокируются белки кинезин и динеин и быстрый аксональный транспорт прекращается. Постепенно прекращается и функция аксона. Но медленный сохраняется и прекращается только после перерезки аксона.
Аксональный транспорт включается в некоторые патологические процессы. При недостатки ВИТАМИНА В1 возникает БЕРИБЕРИ, и нарушается антероградный транспорт, приводящий к параличам.
При ПОЛИОМИЕЛИТЕ РЕТРОГРАДНО перемещается с аксоплазмой вирус, вызывающий болезнь, к телам мотонейров, разрушает их и также наступает частичный паралич. РЕТРОГРАДНЫЙ транспорт ПЕРОКСИДАЗЫ ХРЕНА позволил уточнить электрофизиологически доказанные нервные связи между различными структурами мозга.
Таким образом – выражение «ПОШЕВЕЛИТЬ МОЗГАМИ» имеет под собой все основания.
Чем отличаются АКСОНЫ и ДЕНДРИТЫ:?
А ЧЕМ ЖЕ ЗАКАНЧИВАЕТСЯ АКСОН?Аксонной терминалью!
Билет 6
7) Почему необходимы эксперименты на животных? Экстирпация – самый древний метод изучения функций мозга. Хирургические методы лечения мозга
Очень часто изучение причин, механизмов да и способов лечения того или иного заболевания связано с инвазивным воздействием на организм, с экспериментальным исследованием нового метода лечения и применения нового лекарственного препарата. Но это невозможно осуществлять на человеке – ни на здоровом, ни на больном.
Но медицина развивается, создаются новые приборы, например, недавний метод стентирования сосудов сердца. Конечно, сначала этот метод должен был быть отработан на животных. Очень частое заболевание – поражение клапанов сердца, которые управляют потоками крови в сердце. Если клапан не работает, это грозит остановкой сердца и гибелью больного. Нужен новый клапан. Но его надо придумать, надо создать и надо применить. На ком? На больном человеке? Конечно, нужен эксперимент, причем сердце должно быть похожим на сердце человека. Как правило, приходится прибегать к эксперименту на взрослых больших собаках. И никакое компьютерное моделирование при этом не поможет: невозможно учесть все особенности сложного организма. Клиницисты вместе с инженерами и программистами постоянно совершенствуют клапаны, значит нужна следующая проверка и опять эксперимент на животном. Искусственная почка, пересадка органов, искусственные сосуды – все это насущные вопросы медицины, и они должны решаться, так как методы должны совершенствоваться, становиться более безопасными.
Космос не может обойтись без экспериментальных полетов в Космос: сначала полетели крысы, затем Белка и Стрелка, затем обезьяны и только потом – человек.
Основополагающие закономерности возникновения возбуждения и торможения в нервных клетках, механизмы проведения возбуждения сначала были получены на гигантских аксонах кальмаров – на этих данных и сейчас строятся наши представления о важнейших процессах, протекающих в нервной системе человека.
Кафедра Психофизиологии факультета психологии –многие годы была передовой в исследованиях закономерностей взаимодействия нейронов в нервных ганглиях – улитки . Полученные знания помогли приблизиться к пониманию, как происходит взаимодействие в нервных сетях высших животных и человека.
И, наконец, фармакология – ежегодно синтезируются все новые и новые препараты, и прежде чем они будут испытаны на человека в доклинических исследованиях, происходит их проверка на животных и, в первую очередь, на сердце лягушки , затем, если результат положительный, на крысах, кроликах, обезьянах и только после этого – на добровольцах – людях.
Но есть жесткие правила работы с животными. За рубежом надо пройти месячные курсы, чтобы тебя допустили до работы с животным. Очень жесткие требования к обезболиванию и выстраивается такая градация: если серию экспериментов можно провести не на собак е или кошке, а на кролике - проводят на кролике, если можно взять в эксперимент не кролика, а крысу , работают на крыса, причем конечно на лабораторных, выращенных в специальных питомниках, которые не приспособлены к жизни в природе. Они не так умны и сообразительны как дикие животные, но в экспериментах чаще всего используют именно их.
О необходимости доклинической проверки препаратов окончательно был решен вопрос в 70-е годы. Был синтезирован новый успокаивающий и снотворный препарат толидомид , он казался совершенно безопасным и его рекомендовали беременным женщинам. В результате родилось много детей с неразвитыми конечностями. Препарат оказался тератогенным, т.е. оказывающим патологическое влияние на потомство. В настоящее время ни один препарат не допускается до клинических испытаний, если не проведены его исследования на тератогенность, как правило, на кроликах.
Самый древний метод, применявшийся еще в доисторические времена – это экстирпация , т.е. удалений какого-то участка ЦНС и наблюдение за тем, какие функции будут нарушены. До мозга надо добраться и сначала необходима трепанация черепа- необходимо сделать «окно» в черепе. Уже древние цивилизации были знакомы с трепанацией, но делали это или для изгнания злых духов, завладевших душевнобольным, или для извлечения «камня глупости». Инструменты разные –трепаны, пилки, кусачки, бормашина.
Можно удалить таламус, мозжечок, ядра гипоталамуса или любую другую структуру, но необходимо учитывать, с какими структурами она связана, так как патологические последствия могут быть результатом не только удавления исследуемой структуры, но и нарушение тех областей мозга, с которыми связана и совместно работало удаленное образование (например –таламус-кора). Поэтому трудно разрушить локально только какую-то определенную структуру, так как все они в мозге взаимосвязаны.
Наиболее доступной для экстирпации являетсянеокортекс , и поэтому первой исследовалась роль коры больших полушарий. В конце Х1Х в. считалось, что кора больших полушарий отвечает за все функции организма и без нее человек и животное жить не может. В 1888 году Гольц сумел удалить у собаки всю кору больших полушарий, но главное – собака осталась живой. Естественно, многие функции были нарушены: животное не видело, не слышало, не могло двигаться, не отзывалось на кличку, глотало только пищу, помещенную в рот, но все вегетативные функции (пищеварение, выделение, дыхание и др.) сохранились. Таким образом, было уточнено, за какие функции организма неокортекс не отвечает.
1893 год. ИмяЛючиани связано с исследованием функций мозжечка. Он также хорошо доступен для удаления, причем Лючиани удалял поочередно полушария мозжечка, их разные участки, червь мозжечка и проводил тщательное наблюдение за теми изменениями в двигательной активности животных после удаления того или иного отдела мозжечка. Полученные наблюдения он тщательно конспектировал и сейчас врач, по изменения двигательной активности больного может определить, какая часть мозжечка повреждена.
Но все-таки и физиологи, и медики, и психологи вели поиск тех областей мозга, которые участвуют в интеллектуальных процессах . Поскольку это наиболее сложная задача для ЦНС, значит ее и должна выполнять структура, имеющая самое сложное строение, получающая информацию от всех отделов ЦНС. С этой точки зрения началось тщательное исследование неокортекса. Были выявлены сенсорные зоны коры, которые участвуют в обработке и созданию зрительных, обонятельных, слуховых и др. образов. Были открыты, описаны и исследованы моторные зоны коры, которые обеспечивают произвольные движения. Таким образом, 1/4 поверхности неокортекса обеспечивает сенсомоторную функцию. Из оставшихся 3/4 поверхности коры больших полушарий занимают лобные доли . В ходе эволюции ни одна из областей мозга так не увеличена у человека по сравнению с животными, как лобные доли. Именно они дали человеку «высокий» лоб, который, как правило, ассоциируется с более мощным интеллектом. Первыми к этому выводу пришли художники, поэты, философы, которые провозгласили, что именно большие лобные доли обеспечивают умственное превосходство человека над животными. И как часто бывает в истории науки, существенный поворот начался после случайного обнаружения фактов, противоречащих этому утверждению.
Событие: Финеас Гейдж – 1848 год. Старший мастер на строительстве железной дороги. Стержень – длина около 1 м, диаметр 3 см, вес 6 кг. Час без сознания. Прожил еще 12 лет с сохраненным интеллектом, но с измененной личностью.
Анализ подобных клинических случаев с разрушенными или оперированными лобными долям и более тщательное исследование их функций показал, что они не влияют – на пищеварение, дыхание, и другие вегетативные функции. После операции не происходит нарушения умственной деятельности, память сохраняется, но трудно таким больным оперировать одновременно с несколькими понятиями, трудно составлять суждение об абстрактных понятиях. И особенно резко меняется личность .
Стало ясно, что далеко не все вопросы можно решить в клинике, а необходимы эксперименты, причем на человекообразных обезьянах – шимпанзе. Изучали способность к обучении до и после удаления лобных долей. Если удаляли одну долю, обучение не изменялось, но при удалении обеих долей был получен очень важный, хотя казалось побочный материал. Обучение изменялось незначительно, но если до операции каждая ошибка сопровождалась у шимпанзе приступами ярости, то после операции животное было совершенно равнодушно к результатам эксперимента – получит или нет вознаграждение. Так появилась операция лоботомии .
Результаты исследования историй болезни и результаты по лоботомии на обезьянах были доложены в 1935 г. на Международной неврологической конференции в Лондоне. И тогда началось повсеместное внедрение этой операции у больных с нарушением психики и проявлениями агрессии. Первым 20 операций провел уже в 1936 г. Эгаш Мониш в Лиссабоне. Он не удалял лобные доли, а пересекал связи между ними и другими отделами (лейкотомия ). Операции поведены были на очень агрессивных больных шизофренией, которые должны были быть изолированы от людей. После операции больные становились неопасными, послушными, уходило постоянное напряжение, озабоченность, но наступала апатия, тупость, медлительность, потеря интереса к жизни . Даже боль не вызывала раздражения.
К сожалению, в настоящее время приходится прибегать к оперативному удалению лобных долей в связи с опухолью, постинсультного тромбоза, гельминтозной инвазии. После операции у больных наблюдается стойкая персеверация – настойчивость в выполнении начатого действия: плюс минус плюс минус плюс минус
Здоровый + - + - + -
Больной + - - - - -
Больной задание понимает, но не может остановиться и изменить свое действие. Больные с поврежденными лобными долями с трудом изменяют поведение в соответствии с изменениями внешних обстоятельств. Обстоятельства меняются, а поведение – нет . Больные гиперактивны, гиперреактивны и отличаются сильной отвлекаемостью.
Таким образом, лобные доли играют главную роль в выборе стратегии поведения. Они вносят равновесие между эмоциями и интеллектом, что удерживает человека от поступков, которые противоречат его интересам .
Сейчас – экстирпация применяется с целью удаления участков мозга, которые включаются в патологический процесс, вызывающий эпилепсию или болезнь Паркинсона.
1919 год –в диссертации Третьякова впервые приводятся данные о взаимосвязи болезни Паркинсона с недостатком нейронов черной субстанции среднего мозга.
Через 40 лет было доказано, что болезнь Паркинсона связана с недостатком дофамина – медиатор клеток черной субстанции. При их отсутствии прекращаются тормозные влияния черной субстанции через таламус на моторную зону коры больших полушарий и начинается тремор и скованность. Лечение – дофамин-L-Дофа – ГЭБ, и все-таки часто приходится оперировать-разрушают вентро-латеральное ядро таламуса , через которое избыточная импульсация из бледного шара, черной субстанции, красного ядра, мозжечка, вестибулярного аппарата поступает в моторную кору больших полушарий, вызывая расстройства тонуса и движений из-за тремора и скованности.
Наиболее тяжелой формой эпилепсии является височная, которая возникает при повреждении миндалины или гиппокампа – структур с повышенной судорожной готовностью. После инфекциями может возникнуть ФОКУС эпилептической активности и его надо разрушить. Если фокус эпилепсии возникает в гиппокампе – приходится удалять большую часть височной доли. При хорошем результате число припадков резко снижается или они прекращаются, и, что очень важно, можно применять меньшие дозы противоэпилептических препаратов, так как они токсичны.
16) Строение и функции эфферентных и промежуточных нейронов, роль мембраны сомы. Дендриты - рецептивное поле нейрона. Роль шипиков. 1.Эфферентные: Особенности строения: разнообразные формы сом, мембрана сомы- обработка сигналов и формирование ответа –возбуждение или торможение, дендриты - много, короткие, ветвистые. Аксон – длинный, маловетвистый, миелиновая оболочка, аксонная терминаль. Такое же строение имеют и ВСТАВОЧНЫ Е нейроны, но отличия в функции: эфферентные передают информацию из ЦНС к органам эффекторам, а вставочные – от афферентов к эфферентным нейронам. Больше всего в ЦНС вставочных нейронов и их отростки не выходят за пределы ЦНС, а отростки афферентных и эфферентных нейронов образуют периферические нервы.
Важнейшая роль принадлежит ДЕНДРИТАМ. ДЕНДРИТЫ - это огромное РЕЦЕПТИВНОЕ ПОЛЕ эфферентных и вставочных нейронов. Они занимают 90% площади нейрона и их роль – восприятие информации от других нейронов. Число нейронов не увеличивается после окончания формирования ЦНС. Тогда, за счет чего происходит развитие, усложнение, совершенствование, обучение? При травме, гипоксии может разветвляться аксонная терминаль (арборизация), но это мало помогает. Важнейшую роль в развитии нервной системы играют дендриты и, в первую очередь, ШИПИКИ. При увеличении числа дендритов их сеть становится гуще и разветвленнее, значит, нейрон получает больше информации, и большим числом нейронов может обмениваться информацией, взаимодействовать. Значит, сложнее становятся нервные сети и все более трудные задачи может решать нервная система.
Наиболее четкое и быстрое взаимодействие между нейронами происходит с участием шипиков, которые формируются уже в период эмбриогенеза. Впервые шипики описал Рамон-и-Кахал. Это морфо-функциональные образования: есть морфологическая структура с шипиковым аппаратом. Но шипики могут при неблагоприятных обстоятельствах погибать, исчезать. Для их созревания в период внутриутробного развития и после рождения необходимо поступление в мозг АФФЕРЕНТАЦИИ (пример со щенками – лишение, депривация зрительных сигналов приводит к недоразвитию шипиков в зрительной коре).
Образование новых шипиков отражает образование новых межклеточных контактов, а это облегчает обучение. На прижизненных микрофотографиях мозга мыши видно, как шипики меняются в течение 4 дней, И чем активнее животное, тем больше этих изменений.
У 5-ти месячного плода человека шипиков мало, они еле заметны. У новорожденных дендриты утолщаются и шипики более выражены. Особенно заметно прогрессивное развитие шипиков у 8-ми месячного ребенка.
Шипики чувствительны как к внешним воздействиям, так и к функциональному состоянию нервной системы. Их число уменьшается не только при депривации той или иной информации, но и при гипоксии, судорогах, нарушении кровоснабжения мозга, алкогольном и наркотическом отравлениях. Генетически обусловленные заболевания также приводят к нарушению функционирования шипиков - болезнь Альцгеймера, синдром Патау, синдром Дауна. Синдром Дауна самая распространенная и наиболее хорошо изученная форма хромосомной патологии человека (лишняя хромосома к 21-ой паре). Возникает задержка умственного развития, но оно может быть грубым, значительным, а может быть на нижней границе нормы умственного развития. У людей страдающих этим синдромом выявлено нарушение шипикового аппарата.
Синдром Патау связан с лишней хромосомой к 13 паре: возникает аномалия развития сердца, почек, микроцефалия, деформация ушей, нарушение строения лица. Живут такие больные не более 3-х месяцев и у них также выявлено нарушение шипикового аппарата.
Утраченные шипики могут восстанавливаться, если прекращается гипоксия, восстанавливается кровообращение, прекращается алкогольная и наркотическая интоксикация. Этому способствует активное выделение фактора роста нейронов астроцитами.
Для психологов и будущих родителей важным должен быть тот фыакт, что число шипиков зависит и от среды, в которой воспитывается ребенок Яркие игрушки, картинки, музыка, постоянное общение с ребенком – все это создает ОБОГАЩЕННУЮ СРЕДУ, которая способствует развитию мозга. В книге Прибрама «Языки мозга».(М. Прогресс, 1975, с.48-49), приводятся данные, полученные в работе с обучением крыс, их содержанием в разных условиях. Приведен конкретный пример нейрона с подсчитанными шипиками -121 шипик. Приведены гистограммы изменения количества шипиков у крыс, содержащихся в обогащенной среде (колесо, «игрушки», возможность заглянуть за шторку) и содержащихся в клетке с едой, питьем и половым партнером, но без других раздражителей. У крыс, живущих в «обогащенной» среде на 33,3% шипиков больше. Особенно страдает развитие шипиков у животных –изолянтов, воспитывающихся в изоляции.(Маугли).
Если разрушен рецептор – отсутствие чувствительности.Разрушение эфферентных нейронов вегетативных эфферентных нейронов – жить можно, плохая регуляция внутр.органов, соматических эфферентных нейронов – паралич.Промежуточные нейроны (самое большое количество в организме)Переферические нервы – эфферентные и афферентные. Нейроны, отростки промежуточных нейронов не выходят за пределы НС.Промежуточные нейроны могут вызывать раздражение.Строение эфферентных и промежуточных нейронов идентично: 
Мембрана – билипидный слой со встроеными белковыми молекулами. Функция мембраны сомы: избирательно проницаема для ионов натрия, калия, кальция, хлора – это обеспечивает возникновение на мембране сомы возбуждения, торможения, покоя. В мембране сомы имеются рецепторы, кот.могут взаимодействовать с гормонами. Здесь же находятся постсинаптические участки мембраны, кот.взаимодействуют с медиаторами, в результате этого взаимодействия на мембране возникает или ВПСП, или ТПСП
ВПСП – возбуждающий постсинаптический потенциал
ТПСП – тормозный постсинаптический потенциал
На мембране сомы одного нейрона может оканчиваться до 1000 других нервных клеток. В зависимости какая информация приходит, будет возникать ВПСП или ТПСП.
Если ТПСП – клетка затормозиться, информация дольше не транспортируется.
ВПСП – информация распространяется
Покой – на клетку не воздействует ничто
Дендриты – рецептивные полинейроны. Воспринимаю сигналы от других нервных клеток. Составляет 90% от площади всего нейрона.
На дендритах должны быть шипики.
ШИПИКИ – морфофункциональные образования. Морфо – можно рассмотреть, функциональная – могут исчезнуть. Образуются аво время внутреутробного развития. Активное развитие после рождения. Они обеспечивают более быстрое и чёткое восприятие информации. С помощью шипиков более сложные
Очень чувствительные к изменениям
к 21ой хромосоме – синдром дауна
К 13 –…. нарушение шипикового аппарата
Токсические вещества разрушают шипики (наркоз, алкоголь, наркотики…). Шипики восстанавливаются.
Задача любого нейрона передать информацию. Это происходит с помощью мембраны. Если аксон покрыт миелиновой оболочкой – информация распространяется быстрее.
Тубулин – сокращение мышц.
В аксоне находятся микротрубочки, в стенках микротрубочек находится белок, идентичный тубулину.
Антероградный транспорт. Нарушение - паралич
Ретроградный транспорт
Постоянный транспорт – белков, ферментов, медиаторов
Нейрофиламенты (мелкие трубочки) –
Полиомелит – вирус. С помощью ретроградного транспорта поступает в сому и разрушает её.
Столбняк – примерно то же самое.
Мышечное веретено - это рецептор растяжения.
В нейроне, как и в других клетках организма, постоянно происходят процессы распада молекул, органоидов, других компонентов клетки. Их необходимо постоянно обновлять. Нейроплазматический транспорт важен для обеспечения электрических и неэлектрических функций нейрона, для осуществления обратной связи между отростками и телом нейрона. При повреждении нервов необходима регенерация поврежденных участков и восстановление иннервации органов.
Разнообразные вещества транспортируются по отросткам нейрона с разной скоростью, в разных направлениях и с использованием разных механизмов транспорта. Выделяют два основных вида транспорта: прямой (антероградный) – от тела клетки по отросткам к их периферии и обратный (ретроградный) – по отросткам нейрона к телу клетки (табл. 1).
Табл. 1 Основные компоненты аксонного и дендритного транспорта в нейронах позвоночных (по данным разных авторов)
|
Компоненты и субкомпоненты транспорта |
Скорость мм/сутки |
Что транспортируется |
Морфологический субстрат транспорта |
|
Прямой (антероградный) аксональный транспорт |
|||
| Быстрый (Fast) | |||
| I | 200- 500 | Медиаторы и их предшественники, ферменты синтеза медиаторов, белки плазматической мембраны, мембранные органоиды, нейрогормоны, | Синаптические пузырьки, цистерны гладкого ретикулума, нейросекреторные гранулы, цитоскелетная сеть |
| Промежуточный | |||
| II | 50 - 100 | Белки митохондрий, липиды мембран | Митохондрии, цитоскелет |
| III | 15 | Миозиновые белки, | Цитоскелет |
| Медленный (Slow) | |||
| IV SCb | 2- 4 | Актин, клатрин, актинсвязывающие белки, ферменты метаболизма нейрона, белки аксоплазмы | |
| V SCa | 0,2- 1 | Белки нейрофиламентов, тубулин и фрагменты микротрубочек, ферменты аксоплазмы | Цитоскелет (микротрубочки, микро- и нейрофиламенты), микротрабекулярная сеть |
|
Прямой быстрый дендритный транспорт |
|||
| I D | 200- 400 | Белки постсинапса, рецепторные комплексы, белки цитоплазмы и мембран дендрита и шипиков | Цитоскелет, гладкий ретикулум, транспортные пузырьки |
|
Обратный (ретроградный) транспорт |
|||
| I R | 100- 300 | Отработанные лизосомы и митохондрии, ростовые и трофические факторы, вирусы. | Мультивезикулярные и мультиламеллярные тела, цитоскелет, эндосомы |
В осуществлении транспортных процессов в нейроне участвуют пять групп «моторных» белков, тесно связанных с цитоскелетной сетью. В их состав входят такие белки как кинезины, денеины и миозины.
В осуществлении транспортных процессов в нейроне участвуют пять групп т.н. «моторных» молекул (Рис. xx).
1-3 Группа. Кинезины
В составе этой группы выделяют три типа кинезиновых белков.
1. Группа. Конвекционный кинезин ( kinesin - I или KIF -5). Он был идентифицирован в нервной системе головоногих моллюсков и млекопитающих в 1985 году, а затем и в клетках других животных, включая низших эукариот. Он тесно связан с микротрубочками и является одним из самых главных транспортных белков клетки, осуществляя транспорт материалов (cargo) вдоль микротрубочек по направлению к ее плюс концу. С его помощью транспортируются в отростках нейронов митохондрии, лизосомы, цистерны эндоплазматического ретикулума, синаптические пузырьки, а также ряд немембранных комполнентов клетки (молекулы и-РНК, белки и фибриллы нейрофиламентов).
Состоит молекула кинезина -1 из двух тяжелых и двух легких полипептидных цепей. Из тяжелых и легких цепей каждая кодируются тремя генами. Легкие и тяжелые цепи могут комбинироваться в различных сочетаниях и, как полагают, могут, таким образом, формировать различные разновидности молекул кинезина – I, транспортирующие при этом разные компоненты внутри клетки.
2.Группа. Гетеродимерный кинезин, (кинезин - II , kinesin-II, KIF – 3C).
Свое название он получил из-за наличия трех моторных доменов в структуре молекулы. В нервных и сенсорных клетках позвоночных и беспозвоночных животных (например: в фоторецепторах позвоночных или в хеморецепторных клетках С. elegans) этот белок связан с работой ресничек и жгутиков, осуществляя транспорт крупных молекулярных комплексов вдоль их аксонемальной оси (IFT – intraflagellar transport) В аксонах нервных клеток он выполняет транспортную функцию, перемещая синаптические пузырьки и ферментные комплексы (холинэстеразу), участвующие в работе синапсов.
Одной из форм кинезина II типа является т.н. гомодимерный кинезин (Osm 3, KIF-17) Найден только у многоклеточных (метазоиных) животных. Также как и гетеродимерный кинезин II, он является важнейшей составляющей ресничек хеморецептивных клеток. В нейронах ЦНС млекопитающих эта форма кинезина участвует в транспорте по дендритам пузырьков, содержащих NMDA – синаптические рецепторы. Участие гомодимерного кинезина в IFT - транспорте обсуждается.
3 Группа. Мономерный кинезин (UNC -104, KIF -1A, Klp-53D, kinesin-73) Эта форма транспортных белков была обнаружена в нервной системе C . elegans, где ее мутантная форма вызывала паралич транспорта синаптических пузырьков по аксонам моторных нейронов. Особенностью этой транспортной молекулы является преобладающая мономерная форма этого белка, тогда как другие формы кинезина (как отмечено выше, являются димерами или тетрамерами). Обнаруженный у многих животных (C. elegans – Unc104, дрозофила – Klp53 D , kinesin -73 мышь – KIF -1А, KIF -1В, человек - GAKIN) он принимает участие в транспорте синаптических пузырьков, мембранных белков, связанных с формированием клеточных контактов.
Показано, что в результате альтернативного сплайсинга гена KIF -1B кинезина образуются две изоформы: KIF-1 Bα, участвующая в транспорте по отросткам митохондрий и KIF -1Bβ, транспортирующая синаптические пузырьки в аксонную терминаль.
Еще раз необходимо подчеркнуть, что все формы кинезинов участвуют в транспорте к плюс концу микротрубочек (антероградный, прямой транспорт)
Табдица. Некоторые молекулярные и функциональные характеристики кинезинов в нервной ткани (по N. Hirokava, 1997)
| Тип молекулы | Мол.вес | Вторичная структура | Направление транспорта и скорость | Специфичность экспрессии | Транспортируемый материал |
| KIF -1А | 192 | мономер | + конец, 1,5 мкм/сек | нейроспецифичен | Предшественники синаптических пузырьков |
| KIF -1В | 130 | мономер | + конец, 0,66 мкм/сек | повсеместно | митохондрии |
| KIF 2 | 81 | гомодимер | + конец, 0,47 мкм/сек | Пузырьки, отделяющиеся от предсшественников син. пузырьков | |
| KIF3A | 80 | Гетеродимер с KIF3B | +конец, 0, 3 мкм/сек | Пузырьки (90-180нм), от предшественников | |
| KIF3B | 85 | Гетеродимер с KIF3A | +конец, 0, 3 мкм/сек | Обычен в нейронах, но экспремсируется повсеместно | Пузырьки (90-180нм), от предшественников синаптических пузырьков |
| KIF4 | 140 | Гомодимер, амино концевой моторный домен | + конец, 0,2 мкм/сек | Повсеместно, но в раннем развитии, во взрослых нейронах слабо | Пузырьки |
| KIF5 | |||||
| KIF 1C2 | 86 | Гомодимер, карбоксил концевой моторный домен | - конец, | Нейроспецифичен | Мультивезикулярные тела, дендритный транспорт |
4 Группа Денеины.
Эти транспортные белки участвуют в транспорте по микротрубочкам к ее минус-концу (ретроградный, обратный транспорт). Присутствуют во многих транспортных процессах и движениях клеток, начиная от митоза и заканчивая миграцией нейробластов в развивающемся мозге.
Имеет довольно сложную структуру, представленную множеством субъединиц (цепей). Эти субъединицы взаимодействуют с различными ассоциированными с денеином белками, которые, в свою очередь, могут определять избирательный характер, выполняемых денеином функций в клетке. Так, белок лиссэнцефалин -1 (Lis-1) будучи ассоциированным с денеином, определяет его роль в митозе и движении ядра в клетках развивающегося мозга, но не в транспорте органоидов. Мутации или отсутствие этого белка в период раннего развития организма (пренатальный период) вызывает серьезные нарушения в формировании ЦНС и особенно коры полушарий, приводя в конечном итоге к– лиссэнцефалии (наследственное заболеванию внешне выражающееся в недоразвитии или полном отсутствии в больших полушариях извилин и борозд).
5 Группа. Миозины (myosin-Vs). Этот транспортный белок был впервые идентифицирован биохимически в мозге позвоночных как «миозиноподобный калмодулин связывающий белок». От мышечного миозина он отличается большой длинной шарнирной части молекулы, которая имеет дополнительную легкую цепь и присоединенных к ней пять молекул калмодулина – Са+2 связывающего белка.
Миозин V широко задействован у позвоночных и беспозвоночных животных в транспортных процессах в нервных клетках. В основном он участвует в обратном транспорте мембранных пузырьков, мультивезикулярных тел, отработанных органоидов и их компонентов, а также нейротрофических и нейроростовых субстанций и наконец вирусов.
Кинезины обеспечивают транспорт в обоих направлениях (прямой и обратный), но во всех случаях этот транспорт идет к «+ » – концу микротрубочки. Денеины участвуют в транспорте по микротрубочкам к ее «- » - концу. Миозины – это транспортные белки, которые, в основном, участвуют в обратном транспорте мембранных пузырьков, мультивезикулярных тел, отработанных органоидов и их компонентов, а также нейротрофических и нейроростовых субстанций и вирусов. Кроме того, миозины принимают участие и в прямом транспорте компонентов цитоскелета по отросткам и телу нейрона (например, с его помощью перемещаются короткие мобильные микротрубочки). Важную роль миозины играют в росте отростков и их ретракции в процессе развития нейронов и миграции клеток.
Механизмы аксонного и дендритного транспорта
Прямой аксональный транспорт осуществляют моторные молекулы, связанные с системой цитоскелета и плазматической мембраной. Моторная часть молекул кинезина или денеина связывается с микротрубочкой, а хвостовая ее часть – с транспортируемым материалом, с аксональной мембраной или с соседними элементами цитоскелета. В обеспечении транспорта по отросткам принимают участие и ряд вспомогательных белков (адапторов), ассоциированных с кинезином или денеином. Все процессы идут со значительной затратой энергии.
Обратный (ретроградный) транспорт.
В аксонах основным механизмом обратного транспорта является система денеиновых и миозиновых моторных белков. Морфологическим субстратом этого транспорта являются: в аксоне – мультивезикулярные тела и сигнальные эндосомы, в дендритах – мультивезикулярные и мультиламеллярные тела.
В дендритах обратный транспорт осуществляется молекулярными комплексами не только денеина, но и кинезина. Это связано с тем, что (как указывалось ранее) в проксимальных участках дендритов микротрубочки ориентированы во взаимопротивоположном направлении, а транспортировку молекул и органоидов к «+ » – концу микротрубочек осуществляют только кинезиновые комплексы. Как и в случае прямого транспорта, разные компоненты и вещества транспортируются ретроградно в разных нейронах с разной скоростью, и, по – видимому, разными способами.
Большую роль в транспортных процессах в нейроне играет гладкий эндоплазматический ретикулум. Показано, что по всей длине отростков нейрона распространяется непрерывная разветвленная сеть цистерн гладкого ретикулума. Концевые ветвления этой сети проникают в пресинаптические участки синапсов, где от них отшнуровываются синаптические пузырьки. Именно по его цистернам быстро транспортируются многие медиаторы и нейромодуляторы, нейросекреты, ферменты их синтеза и распада, ионы кальция и другие компоненты аксотока. Молекулярные механизмы этой разновидности транспорта пока не ясны.
Дендритный транспорт
Долгое время экспериментально подтвердить наличие транспорта в дендритах не удавалось из-за значительного объема синтеза белков собственно в дендритах. Только с появлением методики внутриклеточной инъекции меченых предшественников синтеза белка и других компонентов цитоплазмы, удалось показать, что в дендритах, также как и в аксонах, имеется транспорт. Скорость прямого и обратного транспорта, в дендритах сопоставима со скоростью прямого быстрого аксонального транспорта.
По дендритам транспортируются вещества, которые либо не транспортируются по аксонам, либо транспортируются в очень ограниченном количестве (например: ферменты распада медиаторов, компоненты постсинаптических утолщений, ганглиозиды (специфические гликолипиды нейрональных мембран), нейрогормоны и нейротрофические факторы).
Наличие одновременно прямого и обратного транспорта в отростках нейронов создает проблему их взаимодействия друг с другом. Направление транспортных потоков в нейроне зависит, как полагают, от баланса между прямым и обратным транспортом и этот баланс может быть самым различным.
Состояние цитоскелета нейрона и моторных комплексов сильно сказывается на общей морфологии его отростков. Показано, что в зависимости от того, какие компоненты цитоскелета или моторные молекулы активированы или не работают, форма, длина и толщина отростков сильно изменяется.
Как и в случае прямого транспорта, разные компоненты и вещества транспортируются ретроградно в разных нейронах с разной скоростью, и, по – видимому, разными способами.
Таблица. 4 Скорости ретроградного аксонного транспорта различных молекул в периферической нервной системе (по: Reynolds et al., 2000 с изменениями)
|
Транспортируемое вещество |
Скорость транспорта |
Популяции нейронов, где обнаружен транспорт |
|
NGF (нейроростовой фактор) |
2-5 мм/час 10-13 мм/час |
Симпатические нейроны Чувствительные нейроны спинно-мозгового ганглия |
|
Фермент допамин-β- гидрокислаза |
Седалищный нерв |
|
|
Вторичные посредники для фосфорилирования тирозинкиназ рецепторов |
28-57 мм/час (8-16 мкм/сек) |
Седалищный нерв |
Таким образом, в нейронах существует хорошо развитый цитоскелет и связанная с ним эффективная система прямого и обратного транспорта по отросткам разнообразных материалов и субстанций.
|
аксонный транспорт онлайн, аксонный транспорт минск
Аксо́нный тра́нспорт
- это перемещение по аксону нервной клетки различного биологического материала.
Аксональные отростки нейронов отвечают за передачу потенциала действия от тела нейрона к синапсу. Также аксон представляет собой путь, по которому осуществляется транспорт необходимых биологических материалов между телом нейрона и синапсом, необходимый для функционирования нервной клетки. По аксону из области синтеза в теле нейрона транспортируются мембранные органеллы (митохондрии), различные везикулы, сигнальные молекулы, ростовые факторы, белковые комплексы, компоненты цитоскелета и даже Na+- и K+-каналы. Конечными пунктами этого транспорта служат определенные области аксона и синаптической бляшки. свою очередь, нейротрофические сигналы транспортируются из области синапса к телу клетки. Это выполняет роль обратной связи, сообщающей о состоянии иннервации мишени.
Длина аксона периферической нервной системы человека может превышать 1 м, а может быть и больше у крупных животных. Толщина большого мотонейрона человека составляет 15 мкм, что при длине в 1 м дает объём ~0,2 мм³, а это почти в 10000 раз больше объёма клетки печени. Это делает нейроны зависимыми от эффективного и координированного физического транспорта веществ и органелл по аксонам.
Величины длин и диаметров аксонов, а также количества материала, транспортируемого по ним, безусловно, говорят о возможности возникновения сбоев и ошибок в системе транспорта. Многие нейродегенеративные заболевания непосредственно связаны с нарушениями в работе этой системы.
- 1 Основные особенности аксонной транспортной системы
- 2 Классификация аксонного транспорта
- 3 См. также
- 4 Литература
Основные особенности аксонной транспортной системы
Упрощённо аксонный транспорт можно представить как систему, состоящую из нескольких элементов. неё входят груз, белки-моторы, осуществляющие транспорт, филаменты цитоскелета, или «рельсы», вдоль которых «моторы» способны передвигаться. Также необходимы белки-линкеры, связывающие белки-моторы с их грузом или другими клеточными структурами, и вспомогательные молекулы, запускающие и регулирующие транспорт.
Классификация аксонного транспорта
Белки цитоскелета доставляются из тела клетки, двигаясь по аксону со скоростью от 1 до 5 мм в сутки. Это медленный аксонный транспорт (похожий на него транспорт имеется и в дендритах). Многие ферменты и другие белки цитозоля также переносятся при помощи этого типа транспорта.
Нецитозольные материалы, которые необходимы в синапсе, такие как секретируемые белки и мембраносвязанные молекулы, двигаются по аксону с гораздо большей скоростью. Эти вещества переносятся из места их синтеза, эндоплазматического ретикулума, к аппарату Гольджи, который часто располагается у основания аксона. Затем эти молекулы, упакованные в мембранные пузырьки, переносятся вдоль рельсов-микротрубочек путём быстрого аксонного транспорта со скоростью до 400 мм в сутки. Таким образом по аксону транспортируются митохондрии, различные белки, включая нейропептиды (нейромедиаторы пептидной природы), непептидные нейромедиаторы.
Транспорт материалов от тела нейрона к синапсу называется антероградным, а в обратном направлении - ретроградным.
Транспорт по аксону на большие расстояния происходит с участием микротрубочек. Микротрубочки в аксоне обладают присущей им полярностью и ориентированны быстрорастущим (плюс-)концом к синапсу, а медленнорастущим (минус-) - к телу нейрона. Белки-моторы аксонного транспорта принадлежат к кинезиновому и динеиновому суперсемействам.
Кинезины являются, в основном, плюс-концевыми моторными белка́ми, транспортирующими такие грузы, как предшественники синаптических везикул и мембранные органеллы. Этот транспорт идет в направлению к синапсу (антероградно). Цитоплазматические динеины - это минус-концевые моторные белки, транспортирующие нейротрофные сигналы, эндосомы и другие грузы ретроградно к телу нейрона. Ретроградный транспорт осуществляется динеинами не эксклюзивно: обнаружены несколько кинезинов, перемещающихся в ретроградном направлении.
См. также
- Валлерова дегенерация
- Кинезин
- Динеин
- DISC1
Литература
- Duncan J.E., Goldstein L.S. The genetics of axonal transport and axonal transport disorders. // PLoS Genet. 2006 Sep 29;2(9):e124. PLoS Genetic, PMID 17009871.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
аксонный транспорт минск, аксонный транспорт онлайн, аксонный транспорт тернополя, аксонный транспортный