Оболонки спинного мозку; морфофункціональна характеристика. Морфофункціональна характеристика спинного мозку. Морфофункціональна організація спинного мозку

За морфофункціональною характеристикою виділяють 3 основні типи нейронів.

Аферентні (чутливі, рецепторні) нейрони проводять імпульси до ЦНС, тобто. доцентрово. Тіла цих нейронів лежать завжди поза головним або спинного мозкуу вузлах (гангліях) периферичної нервової системи.2) Вставні (проміжні, асоціативні), нейрони здійснюють передачу збудження з аферентного (чутливого) нейрона на еферентний (руховий або секреторний). проводять імпульси до робочих органів (м'язів, залоз). Тіла цих нейронів знаходяться в ЦНС або на периферії – у симпатичних та парасимпатичних вузлах.

Основною формою нервової діяльності є рефлекс. Рефлекс (лат. reflexus - відбиток) - причинно зумовлена ​​реакція організму на подразнення, здійснювана за обов'язкової участі ЦНС. Структурну основу рефлекторної діяльності складають нейронні ланцюги з рецепторних, вставних та ефекторних нейронів. Вони утворюють шлях, яким проходять нервові імпульси від рецепторів до виконавчому органу, званому рефлекторною дугою До її складу входять: рецептор -> аферентний нервовий шлях -> рефлекторний центр -> еферентний шлях -> ефектор.

Спинний мозок (medulla spinalis) є початковим відділом центральної нервової системи. Він знаходиться в хребетному каналі і являє собою циліндричний, сплющений спереду назад тяж завдовжки 40-45 см, шириною - від 1 до 1,5 см, масою 34-38 г (2% маси головного мозку). Вгорі він перетворюється на довгастий мозок, а внизу закінчується загостренням - мозковим конусом лише на рівні I - II поперекових хребців, де від нього відходить тонка термінальна (кінцева) нитка (рудимент каудального (хвостового) кінця спинного мозку). Діаметр спинного мозку на різних ділянках неоднаковий. У шийному та поперековому відділах він утворює потовщення (іннервація верхніх та нижніх кінцівок). На передній поверхні спинного мозку є передня серединна щілина, на задній – задня серединна борозна, вони поділяють спинний мозок на пов'язані між собою праву та ліву симетричні половини. На кожній половині розрізняють слабо виражені передню латеральну та задню латеральну борозни. Перша є місцем виходу зі спинного мозку передніх рухових корінців, друга - місцем проникнення в мозок задніх чутливих корінців спинномозкових нервів. Ці бічні борозни є також кордоном між передніми, бічними і задніми канатиками спинного мозку. Усередині спинного мозку є вузька порожнина - центральний канал, заповнений спинномозковою.рідкістю (у дорослої людини в різних відділах, а іноді і на всьому протязі заростає).

Спинний мозок поділяють на частини: шийну, грудну, поперекову, крижову та куприкову, а частини - на сегменти. Сегментом (структурно-функціональною одиницею спинного мозку) називають ділянку, що відповідає двом парам корінців (два передніх і два задніх). На всьому протязі спинного мозку з кожного його боку відходить 31 пара корінців. Відповідно 31 парі спинномозкових нервів у спинному мозку виділяють 31 сегмент: 8 шийних, 12 грудних, 5 поперекових, 5 крижових і 1-3 куприкових.

Спинний мозок складається з сірої та білої речовини. Сіра речовина - нейрони (13 млн), що утворюють у кожній половині спинного мозку 3 сірих стовпи: передній, задній та бічний. На поперечному зрізі спинного мозку стовпи сірої речовини з кожного боку мають вигляд рогів. Більш широкий передній ріг та вузький задній відповідають передньому та задньому сірим стовпам. Бічний ріг відповідає проміжному стовпу (вегетативному) сірої речовини. У сірій речовині передніх рогів знаходяться рухові нейрони (мотонейрони), задніх - чутливі вставкові нейрони, бічних - вставкові вегетативні нейрони. Біла речовина спинного мозку локалізується назовні від сірого і утворює передній, бічний та задній канатики. Воно складається переважно з подовжньо йдуть нервових волокон, об'єднаних в пучки - провідні шляхи. У білій речовині передніх канатиків знаходяться низхідні провідні шляхи, у бічних канатиках - висхідні та низхідні шляхи, у задніх канатиках – висхідні шляхи.

Зв'язок спинного мозку з периферією здійснюється за допомогою нервових волокон, що проходять у спинномозкових корінцях. Передні коріння містять відцентрові рухові волокна, а задні - доцентрові чутливі волокна (тому при двосторонній перерізці задніх корінців спинного мозку у собаки чутливість зникає, передніх корінців - зберігається, але тонус м'язів кінцівок зникає).

1.1. Нервова система: загальна структура

Нервова система - це система організму, що об'єднує і регулює різні фізіологічні процеси відповідно до мінливих умов зовнішнього і внутрішнього середовища. Нервова система складається з сенсорних компонентів, що реагують на подразники, що виходять з довкілля, інтегративних - переробних і зберігають сенсорні та інші дані, і рухових, керуючих рухами та секреторною діяльністю залоз.

Нервова система сприймає сенсорні стимули, переробляє інформацію та формує поведінку. p align="justify"> Особливі види переробки інформації - навчання і пам'ять, завдяки яким при змінах навколишнього середовища поведінка адаптується з урахуванням попереднього досвіду. У цих функціях беруть участь інші системи, такі як ендокринна та імунна, але нервова система спеціалізована для виконання зазначених функцій. Під переробкою інформації мають на увазі передачу інформації в нейронних мережах, трансформацію сигналів шляхом їх поєднання з іншими сигналами (нервова інтеграція), зберігання інформації в пам'яті та вилучення інформації з пам'яті, використання сенсорної інформації для сприйняття, мислення, навчання, планування (підготовка) та виконання рухових команд, формування емоцій Взаємодії між нейронами здійснюються у вигляді як електричних, і хімічних процесів.

Поведінка - це комплекс реакцій організму на мінливі умови зовнішнього та внутрішнього середовища. Поведінка може бути суто внутрішнім, прихованим процесом (пізнання) або доступним для зовнішнього спостереження (рухові або вегетативні реакції). Людина особливо важливий набір тих поведінкових актів, що з промовою. Кожну реакцію, просту або комплексну, забезпечують нервові клітини, організовані в нейронні мережі (нервові ансамблі та шляхи).

Нервову систему поділяють на центральну та периферичну (рис. 1.1). Центральна нервова система (ЦНС) складається з головного та спинного мозку. У периферичну нервову систему входять коріння, сплетення та нерви.

Рис. 1.1.Загальна будова нервової системи.

А- Центральна нервова система. Б- ствол мозку: 1 - кінцевий мозок; 2 – проміжний мозок; 3 – середній мозок; 4 - міст і мозок, 5 - довгастий мозок, 6 - кінцевий мозок серединні структури. У- спинний мозок: 7 - спинномозковий конус; 8 – термінальні нитки. Г- периферична нервова система: 9 - вентральний корінець; 10 - дорзальний корінець; 11 – спинальний ганглій; 12 - спинномозковий нерв; 13 – змішаний периферичний нерв; 14 – епіневрій; 15 – периневрій; 16 - мієліновий нерв; 17 – фіброцит; 18 – ендоневрій; 19 – капіляр; 20 - безмієліновий нерв; 21 – шкірні рецептори; 22 - закінчення мотонейрону; 23 – капіляр; 24 - м'язові волокна; 25 - ядро ​​шванівської клітини; 26 - перехоплення Ранв'є; 27 - симпатичний стовбур; 28 - сполучна гілка

Центральна нервова система

ЦНС збирає і переробляє інформацію, що надходить від рецепторів про навколишнє середовище, формує рефлекси та інші поведінкові реакції, планує і здійснює довільні рухи. Крім того, ЦНС забезпечує так звані вищі пізнавальні (когнітивні) функції. У ЦНС відбуваються процеси, пов'язані з пам'яттю, навчанням та мисленням.

Головний мозок у процесі онтогенезу формується з мозкових пухирів, що виникають внаслідок нерівномірного зростання передніх відділів медулярної трубки (рис. 1.2). З цих бульбашок формуються передній мозок (prosencephalon),середній мозок (mesencephalon)та ромбоподібний мозок (Rhombencephalon).Надалі з переднього мозку утворюються кінцевий (telencephalon)та проміжний (Diencephalon)мозок, а ромбоподібний мозок поділяється на задній (Metencephalon)і довгастий (Mielencephalon,або medulla oblongata)мозок. З кінцевого мозку, відповідно, формуються півкулі великого мозку, базальні ганглії, з проміжного мозку – таламус, епіталамус, гіпоталамус, метаталамус, зорові тракти та нерви, сітківка. Зорові нерви і сітківка - відділи ЦНС, ніби винесені межі мозку. З середнього мозку утворюються платівка четверохолмія та ніжки мозку. Із заднього мозку формуються міст та мозок. Міст мозку межує внизу з довгастим мозком.

Задня частина медулярної трубки формує спинний мозок, та її порожнину перетворюється на центральний канал спинного мозку. Спинний мозок складається з шийного, грудного, поперекового, крижового та куприкового відділів, кожен з яких у свою чергу складається з сегментів.

У ЦНС розрізняють сіру та білу речовину. Сіра речовина є скупченням тіл нейронів, біла речовина - відростки нейронів, вкриті мієліновою оболонкою. У головному мозку сіра речовина знаходиться в корі великих півкуль, у підкіркових гангліях, ядрах стовбура мозку, корі мозочка та його ядрах. У спинному мозку сіра речовина концентрується у його середині, біла - на периферії.

Периферична нервова система

Периферична нервова система (ПНР) відповідає за сполучення між навколишнім середовищем (або збудливими клітинами) та ЦНС. До складу ПНР входять сенсорні (рецептори та первинні аферентні нейрони) та рухові (соматичні та вегетативні мотонейрони) компоненти.

Рис. 1.2.Ембріональний розвиток нервової системи ссавця. Схема розвитку нервової рубки на стадії трьох (А)та п'яти (Б)мозкових бульбашок. А. I- Загальний виглядзбоку: 1 – краніальний вигин; 2 - шийний вигин; 3 – спинномозковий вузол. II- Вид зверху: 4 – передній мозок; 5 – середній мозок; 6 – ромбоподібний мозок; 7 – невроцель; 8 – стінка нервової трубки; 9 - зародковий спинний мозок.

Б. I- загальний вигляд збоку. Б. II- Вид зверху: 10 – кінцевий мозок; 11 – бічний шлуночок; 12 - проміжний мозок; 13 - очна стеблинка; 14 – кришталик; 15 - зоровий нерв; 16 – середній мозок; 17 – задній мозок; 18 - довгастий мозок; 19 – спинний мозок; 20 – центральний канал; 21 – четвертий шлуночок; 22 - водопровід мозку; 23 – третій шлуночок. III- Вид збоку: 24 – нова кора; 25 - міжшлуночкова перегородка; 26 - смугасте тіло; 27 - бліда куля; 28 - гіпокамп; 29 - таламус; 30 - шишкоподібне тіло; 31 - верхні та нижні пагорби; 32 - мозок; 33 – задній мозок; 34 – спинний мозок; 35 - довгастий мозок; 36 - міст; 37 – середній мозок; 38 - нейрогіпофіз; 39 - гіпоталамус; 40 - мигдалеподібне тіло; 41 - нюховий тракт; 42 - нюхова кора

Сенсорна частина ПНР.Сенсорне сприйняття – це перетворення енергії зовнішнього стимулу на нервовий сигнал. Воно здійснюється спеціалізованими структурами - рецепторами, що сприймають вплив на організм різноманітних видів зовнішньої енергії, включаючи механічну, світло, звук, хімічні стимули, зміни температури. Рецептори розташовані на периферичних закінченнях первинних аферентних нейронів, що передають отримувану інформацію в ЦНС з чутливих волокон нервів, сплетень, спинальних нервів і, нарешті, по задніх корінцях спинного мозку (або по черепних нервах). Тіла клітин задніх корінців і черепних нервів перебувають у спинномозкових (спінальних) гангліях чи ганглиях черепних нервів.

Двигуна частина ПНР.До рухового компонента ПНС відносяться соматичні та вегетативні (автономні) мотонейрони. Соматичні мотонейрони іннервують поперечну мускулатуру. Тіла клітин знаходяться в передніх рогах спинного мозку або в стовбурі мозку, у них довгі дендрити, які отримують багато синаптичних входів. Мотонейрони кожного м'яза складають певне рухове ядро ​​– групу нейронів ЦНС, що мають подібні функції. Наприклад, від ядра лицьового нерва іннервуються м'язи обличчя. Аксони соматичних мотонейронів залишають ЦНС через передній корінець або через черепний нерв.

Вегетативні (автономні) мотонейронипосилають нерви до волокон гладкої мускулатури і до залоз - прегангліонарні та постгангліонарні нейрони симпатичної та парасимпатичної нервової системи. Преганглионарные нейрони перебувають у ЦНС - у спинному мозку чи стовбурі мозку. На відміну від соматичних мотонейронів, вегетативні прегангліонарні нейрони утворюють синапси не на ефекторних клітинах (гладкій мускулатурі або залозах), а на постгангліонарних нейронах, які синаптично контактують безпосередньо з ефекторами.

1.2. Мікроскопічна будова нервової системи

Основу нервової системи складають нервові клітини, або нейрони, що спеціалізуються на отриманні вхідних сигналів і передачі сигналів до інших нейронів або ефекторних клітин. Крім нервових клітин, у нервовій системі є гліальні клітини та елементи сполучної тканини. Клітини нейроглії (від грец. «Глія» - клей) ви-

заповнюють у нервовій системі опорні, трофічні, регуляторні функції, беручи участь у всіх видах активності нейронів. Кількісно вони переважають над нейронами і займають весь об'єм між судинами та нервовими клітинами.

Нервова клітина

Основною структурно-функціональною одиницею нервової системи є нейрон (рис. 1.3). У нейроні розрізняють тіло (сому) та відростки: дендрити та аксон. Сома і дендрити являють сприймаючу поверхню клітини. Аксон нервової клітини утворює синаптичні зв'язки з іншими нейронами або ефекторними клітинами. Нервовий імпульс поширюється завжди у одному напрямі: по дендритам до тіла клітини, по аксону - від тіла клітини (закон динамічної поляризації нервової клітини Рамон-і Кахаля). Як правило, нейрон має безліч «входів», які здійснюють дендрити, і лише один «вихід» (аксон) (див. рис. 1.3).

Нейрони повідомляються один з одним за допомогою потенціалів дії, які поширюються аксонами. Потенціали дії надходять від одного нейрона до наступного внаслідок синаптичної передачі. Досягнув пресинаптичного закінчення потенціал дії зазвичай запускає вивільнення нейромедіатора, який або збуджує постсинаптичну клітину, тому в ній виникає розряд з одного або декількох потенціалів дії, або гальмує її активність. Аксони не тільки передають інформацію в нервових

Рис. 1.3.Будова нейрона. А- типовий нейрон, що складається з власне тіла, дендритів та аксона: 1 – початок аксона; 2 - дендрити; 3 – тіло нейрона; 4 – аксон; 5 - шванівська клітина; 6 – розгалуження аксона. Б- Збільшене тіло нейрона. Аксональний горбок не містить субстанції Ніссля: 7 – ядро; 8 – апарат Гольджі; 9 - мітохондрії; 10 - аксональний горбок; 11 - субстанція Ніссля

ланцюгах, а й доставляють шляхом аксонного транспорту хімічні речовини до синаптичних закінчень.

Існують численні класифікації нейронів відповідно до форми їх тіла, протяжності та форми дендритів та інших ознак (рис. 1.4). За функціональним значенням нервові клітини поділяються на аферентні (чутливі, сенсорні), що доставляють імпульси до центру, еферентні (рухові, моторні), що несуть інформацію від центру до периферії, та вставні (інтернейрони), в яких відбувається переробка імпульсів та організуються кола.

Нервова клітина здійснює дві основні функції: специфічну переробку інформації, що надходить, і передачу нервового імпульсу і біосинтетичну, спрямовану на підтримку своєї життєдіяльності. Це виражається і в ультраструктурі нервової клітини. Передача інформації від однієї нервової клітини до іншої, поєднання нервових клітин у системи та комплекси різної складності здійснюються структурами нейрона: аксонами, дендритами та синапсами. Органели, пов'язані із забезпеченням енергетичного обміну, білоксинтезуючою функцією клітини, зустрічаються в більшості клітин; у нервових клітинах вони виконують функції енергозабезпечення клітини, переробки та передачі інформації (див. рис. 1.3).

Структура нейрона. Сома.Тіло нервової клітини має округлу або овальну форму, в центрі (або трохи ексцентрично) розташовується ядро. Воно містить ядерце і оточене зовнішньою та внутрішньою ядерними мембранами товщиною близько 70 Ǻ кожна, розділених пері-

Рис. 1.4.Варіанти нейронів різної форми.

А- Псевдоуніполярний нейрон. Б- Клітка Пуркіньє (дендрити, аксон). У- Пірамідна клітина (аксон). Г- мотонейрон переднього рогу (аксон)

нуклеарним простором, розміри якого варіабельні. У каріоплазмі розподілені глибки хроматину, локалізовані переважно у внутрішньої ядерної мембрани. У цитоплазмі нервових клітин розташовуються елементи зернистої та незернистої цитоплазматичної мережі, полісоми, рибосоми, мітохондрії, лізосоми, багатопухирчасті тільця та інші органели (рис. 1.5).

До апарату біосинтезу в нейронах відносяться тільця Ніссля - сплюснуті цистерни гранулярного ендоплазматичного ретикулума, що щільно прилягають один до одного, а також добре виражений апарат Гольджі. Крім того, сома містить численні мітохондрії, що визначають її енергетичний обмін, та елементи цитоскелета, у тому числі нейрофіламенти та мікротрубочки. Лізосоми та фагосоми є основними органелами «внутрішньоклітинного травного тракту».

Дендрити.Дендрити та їх розгалуження визначають рецептивне поле тієї чи іншої клітини (див. рис. 1.5). При електронно-мікроскопічному дослідженні виявляється, що тіло нейрона поступово перетворюється на дендрит. Різкої межі та виражених відмінностей в ультраструктурі соми та початкового відділу великого дендриту не спостерігається. Дендрити дуже варіабельні за формою, величиною, розгалуженістю та ультраструктурою. Зазвичай від тіла клітини відходить кілька дендритів. Довжина дендриту може перевищувати 1 мм, їх частку припадає понад 90% площі поверхні нейрона.

Основними компонентами цитоплазми дендритів є мікротрубочки та нейрофіламенти; у проксимальних частинах дендритів (ближче до клітинного тіла) містяться тільця Ніссля та ділянки апарату Гольджі. Раніше вважалося, що дендрити електрично незбудливі, нині доведено, що дендрити багатьох

Рис. 1.5.Ультраструктура нервової клітки.

1 – ядро; 2 – гранулярна ендоплазматична мережа; 3 – пластинчастий комплекс (Гольджі); 4 - мітохондрії; 5 – лізосоми; 6 – мультивезикулярне тіло; 7 - полісоми

нейронів мають потенціалзалежну провідність, що обумовлено присутністю на їх мембранах кальцієвих каналів, при активації яких генеруються потенціали дії.

Аксон.Аксон бере початок у аксонного горбка – спеціалізованої ділянки клітини (частіше соми, але іноді – дендриту) (див. рис. 1.3). Аксон і аксонний горбок відрізняються від соми та проксимальних ділянок дендритів відсутністю гранулярного ендоплазматичного ретикулуму, вільних рибосом та апарату Гольджі. В аксоні присутні гладкий ендоплазматичний ретикулум та виражений цитоскелет.

Аксони покриваються мієлінової оболонкою, утворюючи мієлінові волокна. Пучки волокон (в яких можуть бути окремі немієлінізовані волокна) складають білу речовину мозку, черепні та периферичні нерви. При переході аксона в пресинаптичне закінчення, наповнене синаптичними пухирцями, аксон утворює колбоподібне розширення.

Переплетення аксонів, дендритів і відростків гліальних клітин створюють складні картини нейропіля, що не повторюються. Розподіл аксонів і дендритів, їхнє взаєморозташування, аферентно-еферентні взаємини, закономірності синаптоархітектоніки визначають механізми інтегративної функції мозку.

Типи нейронів.Поліморфізм будови нейронів визначається їх різною роллю у системній діяльності мозку в цілому. Так, нейрони гангліїв задніх корінців спинного мозку (спінальних гангліїв) одержують інформацію не шляхом синаптичної передачі, а від сенсорних нервових закінчень у рецепторних органах. Відповідно до цього клітинні тіла цих нейронів позбавлені дендритів і отримують синаптичних закінчень (біполярні клітини; рис. 1.6). Вийшовши з клітинного тіла, аксон такого нейрона поділяється на дві гілки, одна з яких (периферичний відросток) прямує у складі периферичного нерва до рецептора, а інша гілка (центральний відросток) входить у спинний мозок (у складі заднього корінця) або в стовбур мозку ( у складі черепного нерва). Нейрони іншого типу, такі як пірамідні клітини кори великих півкуль і клітини Пуркіньє кори мозочка, зайняті переробкою інформації. Їх дендрити вкриті дендритними шипиками і мають велику поверхню; до них надходить безліч синаптичних входів (мультиполярні клітини; див. рис. 1.4, 1.6). Можна класифікувати нейрони за довжиною їх аксонів. У нейронів 1-го типу по Гольджі аксони короткі, що закінчуються, так само як дендрити, близько до соми. Нейрони 2-го типу мають довгі аксони, іноді довші за 1 м.

Нейроглія

Інша група клітинних елементів нервової системи – нейроглія (рис. 1.7). У ЦНС людини число нейрогліальних клітин на порядок більше, ніж число нейронів: 1013 і 1012 відповідно. Тісний морфологічний взаємозв'язок є основою для фізіологічних та патологічних взаємодій глії та нейронів. Їхні взаємини описуються концепцією динамічних нейронально-гліальних сигнальних процесів. Можливість передачі сигналів від нейронів до глії і, таким чином, іншим нейронам відкриває багато варіантів для міжклітинних «перехресних розмов».

Існує кілька типів нейроглії, в ЦНС нейроглія представлена ​​астроцитами та олігодендроцитами, а в ПНР - шванновськими клітинами та клітинами-сателітами. Крім того, центральними гліальними клітинами вважаються клітини мікроглії та клітини епендими.

Астроцити(що отримали назву завдяки своїй зірчастій формі) регулюють стан мікросередовища навколо нейронів ЦНС. Їхніми відростками оточені групи синаптичних закінчень, які в результаті ізольовані від сусідніх синапсів. Особливі відростки – «ніжки» астроцитів утворюють контакти з капілярами та сполучною тканиною на поверхні головного та спинного мозку (м'якою мозковою оболонкою) (рис. 1.8). Ніжки обмежують вільну дифузію речовин у ЦНС. Астроцити можуть активно поглинати К+ та нейромедіатори, потім метаболізуючи їх. Завдяки вибірково підвищеній проникності для іонів К+ астроглія регулює активацію ферментів, необхідних для підтримки метаболізму нейронів, а також для видалення медіаторів та інших агентів, що виділяються в процесі нейро-

Рис. 1.6.Класифікація нейронів за кількістю відростків, що відходять від тіла клітини.

А -біполярний. Б- псевдоуніполярний. У- Мультиполярний. 1 – дендрити; 2 - аксон

Рис. 1.7.Основні типи глиальных клітин.

А- протоплазматичний астроцит. Б- Мікрогліальна клітина. У- олігодердроцит. Г- фіброзний астроцит

ної активності. Астроглія бере участь у синтезі імунних медіаторів: цитокінів, інших сигнальних молекул (циклічний гуанозинмонофосфат - СОМР,оксид азоту - NO), що передаються потім нейронам, - у синтезі гліальних ростових факторів ( GDNF),що беруть участь у трофіці та репарації нейронів. Астроцити здатні реагувати на збільшення синаптичної концентрації нейротрансмітерів та зміну електричної активності нейронів змінами внутрішньоклітинної концентрації Са2+. Це створює «хвилю» міграції Са 2+ між астроцитами, здатну модулювати стан багатьох нейронів.

Таким чином, астроглія, не будучи лише трофічним компонентом нервової системи, бере участь у специфічному функціонуванні нервової тканини. У цитоплазмі астроцитів знаходяться гліальні філаменти, що виконують у тканині центральної нервової системи механічну опорну функцію. У разі пошкодження відростки астроцитів, що містять гліальні філаменти, піддаються гіпертрофії та формують гліальний рубець.

Основною функцією олігодендроцитівє забезпечення електричної ізоляціїаксонів шляхом формування мієлінової оболонки (рис. 1.9) Це багатошарова обгортка, що спірально намотана поверх плазматичної мембрани аксонів. У ПНЗ мієлінова оболонка утворена мембранами шванновських клітин (див. рис. 1.18). Мієлін представляє

собою упаковку листів специфічних плазматичних мембран, багатих на фосфоліпіди, а також містить протеїни декількох типів, різних в ЦНС і ПНР. Білкові структури дозволяють плазматичним мембранам щільно пакуватися разом. При зростанні мембрани гліальної клітини відбувається її обертання навколо аксона нейрона з утворенням шаруватої спіралі з подвійною плазматичною мембраною навколо аксона. Товщина мієлінової оболонки може становити 50-100 мембран, що відіграють роль електричного ізолятора аксона, що запобігає іонообміну між цитозолем аксону та позаклітинним середовищем.

Крім того, до складу нейроглії входять клітини-сателіти, які інкапсулюють нейрони гангліїв спинальних та черепних нервів, регулюючи мікросередовище навколо цих нейронів на кшталт того, як це роблять астроцити (рис. 1.10).

Ще один вид клітин - мікроглія,чи латентні фагоцити. Мікроглія є єдиним у ЦНС представництвом імунокомпетентних клітин. Вона широко представлена ​​у всій тканині мозку людини і становить 9-12% загальної гліальної популяції у сірій речовині та 7,5-9% - у білій речовині. На відміну від астроцитів, мікрогліальні клітини походять зі стовбурових клітин і в нормальних умовах мають вет-

Рис. 1.8.Взаємодія астроцитів із навколишніми клітинними елементами.

1 – таніцит; 2 – порожнина шлуночка; 3 - епендимальні клітини; 4 – капіляр; 5 – нейрон; 6 - мієлінізований аксон; 7 – м'яка мозкова оболонка; 8 - субарахноїдальний простір.

На малюнку зображено два астроцити та їх взаємозв'язок з епендимальними клітинами, що вистилають шлуночок, перикаріоном, дендритами нейрона, капіляром, а також плоским епітелієм м'якої мозкової оболонки. Слід зазначити, що даний малюнок схематичний і зв'язок нейрона одночасно зі шлуночком та субарахноїдальним простором малоймовірний.

Рис. 1.9.Олігодендроцит: формування мієлінової оболонки аксону. 1 – аксон; 2 – мієлін; 3 – гладкий ендоплазматичний ретикулум; 4 – нейрофіламенти; 5 - мітохондрії

Рис. 1.10.Взаємодія гліальних клітин та нейронів. Схематично зображено стрілки. 1 – сателітна гліальна клітина; 2 - гліальна клітина, що синтезує мієлін

висту форму з безліччю відростків. Активація мікроглії, зокрема в умовах гіпоксіїшемії, супроводжується продукцією прозапальних медіаторів із токсичними властивостями. Підтримувана ними хронічна запальна реакція у тканині головного мозку веде до відстрочених нейрональних втрат, мікроциркуляторних порушень, змін функції гематоенцефалічного бар'єру.

У патологічних умовах мікрогліальні клітини втягують відростки та приймають амебоїдну форму, чому відповідає їхня виражена функціональна активація аж до стану фагоцитозу. При пошкодженні мозкової тканини мікроглія поряд з проникаючими в ЦНС із кровотоку фагоцитами сприяє видаленню продуктів клітинного розпаду.

Тканина ЦНС відокремлена від цереброспінальної рідини (ЦСЖ), що заповнює шлуночки мозку, епітелієм, який сформований епендимальними клітинами. Епендима забезпечує дифузію багатьох речовин між позаклітинним простором мозку та ЦСЖ. ЦСЖ секретують спеціалізовані епендимальні клітини судинних сплетень у системі шлуночків.

Надходження до клітин мозку поживних речовинта видалення продуктів життєдіяльності клітин відбуваються через судинну

систему. Хоча нервова тканина рясніє капілярами та іншими кровоносними судинами, гематоенцефалічний бар'єр (ГЕБ) обмежує дифузію багатьох речовин між кров'ю та тканиною ЦНС.

1.3. Електрична передача інформації між нейронами

Нормальна діяльність нервової системи залежить від збудливості її нейронів. Збудливість- це здатність клітинних мембран відповідати на дію адекватних подразників специфічними змінами іонної провідності та мембранного потенціалу. Порушення- електрохімічний процес, що йде виключно на цитоплазматичній мембрані клітини та характеризується змінами її електричного стану, що запускає специфічну для кожної тканини функцію. Так, збудження мембрани м'яза викликає її скорочення, а збудження мембрани нейрона – проведення електричного сигналу за аксонами. Нейрони мають як потенціалуправляемые, тобто. регульовані дією електричного збудника іонні канали, а також хемокеровані та механокеровані.

Існують відмінності у взаємовідносинах між мембранним потенціалом/проникністю мембрани та типом подразника. При дії електричного подразника ланцюг подій наступний: подразник (електричний струм) => зсув мембранного потенціалу (до критичного потенціалу) => активація потенціалкерованих іонних каналів => зміна іонної проникності мембрани => зміна іонних струмів через мембрану => подальший зсув мембранного потенціалу (формування потенціалу дії).

При дії хімічного подразника відбувається принципово інший ланцюг подій: подразник (хімічна речовина) => хімічне зв'язування подразника та рецептора хемокерованого іонного каналу => зміна конформації лігандрецепторного комплексу і відкриття рецепторкерованих (хемокерованих) іонних каналів => зміна іонної проникності мембрани => зміна іонних струмів через мембрану = наприклад, локального потенціалу).

Ланцюг подій під впливом механічного подразника схожа на попередню, так як у цьому випадку також активуються рецептори.

керовані іонні канали: подразник (механічний стрес) => зміна натягу мембрани => відкриття рецепторуправляемых (механоуправляемых) іонних каналів => зміна іонної проникності мембрани => зміна іонних струмів через мембрану => зсув мембранного потенціалу (формування механоіндукованого потенціалу).

Пасивні електричні властивості клітини пов'язані з електричними властивостями її мембрани, цитоплазми та зовнішнього середовища. Електричні властивостіклітинної мембрани визначаються її ємнісними та резистивними характеристиками, оскільки ліпідний бислой прямо можна уподібнити і конденсатору, і резистору. Ємнісні характеристики ліпідного бислоя і реальної мембрани подібні, а резистивні розрізняються внаслідок присутності білків, що утворюють іонні канали. У більшості клітин вхідний опір веде себе нелінійно: для струму, що тече одному напрямку, воно більше, ніж протилежно направленого. Ця властивість асиметрії відбиває активну реакцію і називається випрямленням. Струм, що протікає через мембрану, визначається ємнісним та резистивним компонентами. Резистивний компонент визначає власне іонний струм, оскільки в клітині електрика переноситься іонами. Руху іонів у клітину або із клітини перешкоджає плазматична мембрана. Оскільки мембрана представляє ліпідний бислой, непроникний для іонів, вона має опір. Навпаки, мембрана має деяку провідність іонів, які проходять через іонні канали. Через перешкоди вільному переміщенню іонів зовні та всередині клітини знаходяться однакові іони, але у різних концентраціях.

Існує два принципові механізми переміщення речовин через мембрану - за допомогою простої дифузії (рис. 1.11) і при по-

Рис. 1.11.Транспорт речовин через клітинну мембрану.

А- Проста дифузія. Б- Полегшена дифузія. У- Активний транспорт: 1- мембрана

потужності специфічних переносників, вбудованих у мембрану та репрезентують трансмембранні інтегральні білки. До останнього механізму відносяться полегшена дифузія та активний іонний транспорт, який може бути первинно-активним та вторинно-активним.

За допомогою простої дифузії (без допомоги переносника) може здійснюватися транспорт водонерозчинних органічних сполук і газів (кисню та вуглекислого газу) через ліпідний бішар шляхом їх розчинення в ліпідах клітинної мембрани; іонів Na + , Ca 2+ , К + , Cl - через іонні канали клітинної мембрани, що з'єднують цитоплазму клітин із зовнішнім середовищем (пасивний іонний транспорт, який визначається електрохімічним градієнтом і спрямований від більшого електрохімічного потенціалу до меншого: всередину клітини для іонів Na + , Ca 2+ , Cl - , назовні - для іонів К+); молекул води через мембрану (осмос)

За допомогою специфічних переносників здійснюється енергетично незалежна полегшена дифузія низки сполук (див. рис. 1.11). Яскравим прикладом полегшеної дифузії є транспортування глюкози через мембрану нейрона. Без спеціалізованого астроцитарного переносника надходження глюкози в нейрони було б практично неможливим, тому що є відносно великою полярною молекулою. Внаслідок її швидкого перетворення на глюкозу-6-фосфат внутрішньоклітинний рівень глюкози нижчий, ніж позаклітинний рівень, і, таким чином, зберігається градієнт, що забезпечує безперервний потік глюкози на нейрони.

Енергетично залежний первинно-активний транспорт іонів Na+, Ca 2+, К+ та Н+ - це енергозалежне перенесення речовин проти їх електрохімічних градієнтів (див. рис. 1.11). Завдяки йому клітини можуть накопичувати іони в концентраціях, вищих порівняно з довкіллям. Рух від нижчої до вищої концентрації і підтримання градієнта, що встановився, можливі лише при безперервному енергетичному забезпеченні транспортного процесу. При первинному активному транспорті відбувається пряме споживання АТФ. АТФ-енергетичні насоси (АТФази) транспортують іони проти їхнього концентраційного градієнта. З особливостей молекулярної організації розрізняють 3 класу - Р, V і F (рис. 1.12). Усі три класи АТФаз мають одне або кілька місць зв'язування з АТФ на цитозольній поверхні мембрани. До класу Р відносяться Са 2+ -АТФаза та Na + /К + -АТФаза. Переносники активного іонного транспорту специфічні для речовини, що транспортується, і насичуються, тобто. їх потік максимальний, коли всі специфічні місця зв'язування з речовиною, що переноситься, зайняті.

Багато градієнтів електрохімічного потенціалу клітини, що є необхідною умовою для пасивного перенесення іонів, з'являються в результаті їх активного транспорту. Так, градієнти К+ та Na+ виникають внаслідок їх активного перенесення Na+/К+- насосом (рис. 1.13). Внаслідок активності Na + /К + -насоса всередині клітини іони К + присутні у більшій концентрації, але вони прагнуть за допомогою дифузії перейти у позаклітинне середовище за градієнтом концентрації. Для збереження рівності позитивних та негативних зарядів усередині клітини вихід у зовнішнє середовище іонів К+ має бути компенсований входом усередину клітини іонів Na+. Оскільки мембрана у спокої значно менше проникна для іонів Na + , ніж для іонів К + калій повинен виходити з клітини по градієнту концентрацій. У результаті зовнішньому боці мембрани накопичується позитивний заряд, але в внутрішній - негативний. Так підтримується потенціал спокою мембрани.

Вторично-активний транспорт низки іонів і молекул також використовує енергію, накопичену результаті споживання АТФ і витрачену створення градієнта концентрації. Градієнт концентрації іонів щодо мембрани використовується як джерело енергії, створене первинним активним транспортом (рис. 1.14). Таким чином, вторинно-активний транспорт включає котранспорт і протитранспорт: потік іонів від більш високої (вищий енергетичний стан) до нижчої (нижчий енергетичний стан) концентрації забезпечує енергію для переміщення речовини, що активно транспортується, з області його низької концентрації в область високої.

Рис. 1.12.Три класи АТФ-залежних іонних насосів. А- P-клас. Б- F 1 -клас У- V 1-клас

Потенціали клітини, які визначають пасивний іонний транспорт

У відповідь на підпорогову, близьку до порога та порогові імпульси електричного струму виникають відповідно пасивний електротонічний потенціал, локальна відповідь та потенціал дії (рис. 1.15). Всі ці потенціали визначають пасивний іонний транспорт через мембрану. Для виникнення потрібна поляризація мембрани клітини, яка може здійснюватися позаклітинно (зазвичай спостерігається на нервових волокнах) і внутрішньоклітинно (зазвичай відзначається на тілі клітини).

Пасивний електротонічний потенціалвиникає у відповідь на підпороговий імпульс, який не призводить до відкриття іонних каналів і визначається лише ємнісними та резистивними властивостями мембрани клітини. Пасивний електротонічний потенціал характеризується постійної часу, що відбиває пасивні властивості мембрани тимчасовий перебіг змін мембранного потенціалу, тобто. швидкість, з якою він змінюється під час переходу від одного значення до іншого. Пас-

Рис. 1.13.Механізм роботи Na+/K+ насоса

Рис. 1.14.Механізм роботи вторинно-активного транспорту. А- Етап 1. Б- Етап 2. У- Етап 3: 1 - Na +; 2 - молекула речовини, яка має бути перенесена проти градієнта концентрації; 3 – транспортер. При зв'язуванні Na+ з переносником виникають алостеричні зміни у зв'язувальному центрі білка-переносника для молекули переносної речовини, що викликає конформаційні зміни білка-переносника, що дозволяють іонам Na+ та зв'язаній речовині вийти на іншій стороні мембрани

Сивному електротонічному потенціалу властива рівність швидкостей наростання та спаду експоненти. Існує лінійна залежність між амплітудами електричного стимулу та пасивного електротонічного потенціалу, причому збільшення тривалості імпульсу не змінює цієї закономірності. Пасивний електротонічний потенціал поширюється по аксону із загасанням, що визначається постійною довжиною мембрани.

При наближенні сили електричного імпульсу до граничної величини виникає локальна відповідь мембрани,який проявляється зміною форми пасивного електротонічного потенціалу та розвитком самостійного піку невеликої амплітуди, що за формою нагадує S-подібну криву (див. рис. 1.15). Перші ознаки локальної відповіді реєструються при дії стимулів, що становлять приблизно 75% граничної величини. При посиленні дратівливого струму амплітуда локальної відповіді збільшується нелінійно і може не лише досягати критичного потенціалу, а й перевищувати його, не переростаючи, однак, у потенціал дії. Самостійний розвиток локальної відповіді пов'язаний з підвищенням натрієвої проникності мембрани через натрієві канали, що забезпечують вхідний струм, який при пороговому подразнику викликає фазу деполяризації потенціалу дії. Однак при підпороговому стимулі це підвищення проникності недостатньо для запуску процесу регенеративної деполяризації мембрани, оскільки відкривається лише невелика частина натрієвих каналів. Розпочата де-

Рис. 1.15.Потенціали клітинної мембрани.

А- Динаміка зміни мембранного потенціалу залежно від сили імпульсу електричного струму, що деполяризує. Б- Дискретне наростання сили деполяризуючого імпульсу

поляризація припиняється. В результаті виходу з клітини іонів К+ потенціал повертається до рівня потенціалу спокою. На відміну від потенціалу дії локальна відповідь не має чіткого порогу виникнення і не підкоряється закону «усі чи нічого»: зі збільшенням сили електричного імпульсу амплітуда локальної відповіді зростає. В організмі локальна відповідь є електрофізіологічним виразом місцевого збудження та, як правило, передує потенціалу дії. Іноді локальна відповідь може існувати самостійно як збудливий постсинаптичний потенціал. Прикладами самостійного значення локального потенціалу є проведення збудження від амакринових клітин сітківки - нейронів ЦНС, позбавлених аксонів, до синаптичних закінчень, а також відповідь постсинаптичної мембрани хімічного синапсу та комунікативна передача інформації між нервовими клітинами, що генерують синаптичні потенціали.

При граничній величині дратівливого електричного імпульсу виникає потенціал дії,що складається з фаз деполяризації та реполяризації (рис. 1.16). Потенціал дії починається в результаті усунення під дією прямокутного імпульсу електричного струму потенціалу спокою (наприклад, від -90 мВ) до рівня критичного потенціалу (різного для клітин різних типів). В основі фази деполяризації лежить активація всіх потенціалів керованих натрієвих каналів, вслід-

Рис. 1.16.Зміни мембранного потенціалу нейрона (А)та провідності іонів через плазмолему (Б)у разі виникнення потенціалу дії. 1 – швидка деполяризація; 2 - завершать; 3 – реполяризація; 4 – пороговий потенціал; 5 – гіперполяризація; 6 – потенціал спокою; 7 – повільна деполяризація; 8 – потенціал дії; 9 – проникність для іонів натрію; 10 – проникність для іонів калію.

Криві провідності іонів взаємопов'язані з кривою потенціалу дії

ність чого наростає пасивний транспорт іонів Na + всередину клітини і виникає зміщення мембранного потенціалу до 35 мВ (цей піковий рівень різний для клітин різних типів). Перевищення потенціалу дії над нульовою лінією називається овершутом. Після досягнення піку величина потенціалу падає в негативну область, досягаючи потенціалу спокою (фаза реполяризації). В основі реполяризації лежать інактивація потенціалкерованих натрієвих каналів і активація потенціалкерованих калієвих каналів. Іони К + пасивним транспортом виходять із клітини і що виникає у своїй струм веде до зміщення мембранного потенціалу в негативну область. Фаза реполяризації завершується слідовою гіперполяризацією або слідовою деполяризацією – альтернативними іонними механізмами повернення мембранного потенціалу на рівень потенціалу спокою (див. рис. 1.16). При першому механізмі реполяризація досягає величини спокою і продовжується далі більш негативну область, після чого повертається до рівня потенціалу спокою (слідова гіперполяризація); при другому - реполяризація відбувається повільно і плавно перетворюється на потенціал спокою (слідова деполяризація). Розвиток потенціалу дії супроводжується фазними змінами збудливості клітини – від підвищеної збудливості до абсолютної та відносної рефрактерності.

Біоелектрична активність нейронів

Перший тип біоелектричної активності клітин властивий нейронам, що мовчать, не здатним самостійно генерувати потенціали дії. Потенціал спокою цих клітин змінюється (рис. 1.17).

Нейрони другого типу можуть самостійно генерувати потенціали дії. Серед них виділяють клітини, що генерують регулярну та нерегулярну ритмічну або пачку (пачку становить декілька потенціалів дії, після чого спостерігається короткий період спокою) активність.

До третього типу біоелектричної активності відносяться нейрони, здатні самостійно генерувати флюктуації потенціалу спокою синусоїдальної або пилкоподібної форми, що не досягають критичного потенціалу. Тільки рідкісні осциляції можуть досягти порогу та викликати генерацію одиночних потенціалів дії. Ці нейрони отримали назву пейсмекерних (рис. 1.17).

«Поведінка» окремих нейронів та міжнейрональні взаємодії знаходяться під впливом тривалої поляризації (деполяризації або гіперполяризації) постсинаптичних мембран клітин.

Стимуляція нейронів постійним електричним струмом, що деполяризує, викликає відповіді ритмічними розрядами потенціалів дії. Після припинення тривалої деполяризації мембрани настає постактиваційне гальмування,у якому клітина неспроможна генерувати потенціали дії. Тривалість стадії постактиваційного гальмування прямо корелює з амплітудою стимулюючого струму. Потім клітка поступово відновлює звичний ритм генерації потенціалів.

Навпаки, постійний гіперполяризуючий струм гальмує розвиток потенціалу дії, що має особливе значення по відношенню до нейронів, які мають спонтанну активність. Наростання гіперполяризації мембрани клітини призводить до зменшення частоти спайкової активності та збільшення амплітуди кожного потенціалу дії; Наступною стадією є припинення генерації потенціалів. Після припинення тривалої гіперполяризації мембрани настає фаза постгальмівної активації,коли клітина починає спонтанно генерувати з більш високою частотою, ніж зазвичай, потенціали дії. Тривалість стадії постактиваційної активації прямо корелює з амплітудою гіперполяризуючого струму, після чого клітина поступово відновлює звичний ритм генерації потенціалів.

Рис. 1.17.Типи біоелектричної активності нервових клітин

1.4. Проведення збудження по нервовому волокну

Закономірності проведення збудження нервовими волокнами визначаються як електричними, і морфологічними особливостями аксонів. Нервові стовбури складаються з мієлінізованих та немієлінізованих волокон. Мембрана немиелинизированного нервового волокна прямо контактує із зовнішнім середовищем, тобто. обмін іонами між внутрішньоклітинним та позаклітинним середовищем може відбуватися в будь-якій точці немієлінізованого волокна. Мієлінізоване нервове волокно на більшому протязі покрите жировою (мієліновою) оболонкою, яка виконує функції ізолятора (див. рис. 1.18).

Мієлін від однієї гліальної клітини формує регіон мієлінізованого нервового волокна, відокремлений від наступного регіону, утвореного іншою гліальною клітиною, немієлінізованою ділянкою - перехопленням Ранв'є (рис. 1.19). Довжина перехоплення Ранв'є складає всього 2 мкм, а довжина ділянки мієлінізованого волокна між сусідніми перехопленнями Ранв'є досягає 2000 мкм. Перехоплення Ранв'є повністю вільні від мієліну і можуть контактувати із позаклітинною рідиною, тобто. електрична активність мієлінізованого нервового волокна обмежена мембраною перехоплень Ранв'є, через яку здатні проникати іони. У цих ділянках мембрани відзначається найбільша щільністьпотенціалкерованих натрієвих каналів.

Пасивний електротонічний потенціал поширюється по нервовому волокну на невеликі відстані (рис. 1.20), при цьому його амплі-

Рис. 1.18.Схема мієлінізації периферичного нервового волокна. А- Етапи мієлінізації. а - аксон охоплюється відростком шванівської клітини; б – відросток шванновської клітини накручується навколо аксона; в - шванновская клітина втрачає більшу частину цитоплазми, перетворюючись на пластинчасту оболонку навколо аксона. Б- Немієлінізовані аксони, оточені відростком шванівської клітини

Рис. 1.19.Структура перехоплення Ранв'є.

1 – плазматична мембрана аксона;

2 – мієлінові мембрани; 3 – цитозоль шваннівської клітини; 4 - зона перехоплення Ранв'є; 5 - плазматична мембрана шванівської клітини

туди, швидкість наростання та падіння з відстанню зменшуються (феномен згасання збудження). Поширення збудження у формі потенціалу дії не супроводжується зміною форми або амплітуди потенціалу, так як при пороговій деполяризації активізуються потенціал керовані іонні канали, чого не відбувається при поширенні пасивного електротонічного потенціалу. Процес поширення потенціалу дії залежить від пасивних (ємність, опір) та активних (активація потенціал керованих каналів) властивостей мембрани нервового волокна.

І внутрішнє, і зовнішнє середовище аксона є добрим провідником. Мембрана аксона, незважаючи на ізолюючі властивості, також може проводити струм через наявність каналів витоку іонів. При подразненні немієлінізованого волокна в місці роздратування відкриваються потенціалкеровані натрієві канали, що викликає виникнення вхідного струму та генерацію фази деполяризації потенціалу дії на цій ділянці аксона. Вхідний струм Na+ індукує локальні кола струму між деполяризованою та недеполяризованою областями мембрани. Завдяки описаному механізму в немиелинизированном волокні потенціал дії поширюється в обидві сторони місця збудження.

У мієлінізованому нервовому волокні потенціали дії генеруються лише у перехопленнях Ранв'є. Електричний опір ділянок, покритих мієліновою оболонкою, високий і не допускає розвитку локальних кругових струмів, які необхідні для створення потенціалу дії. При поширенні збудження мієлінізованим волокном нервовий імпульс перескакує з одного перехоплення Ранв'є на інший (сальтаторне проведення) (див. рис. 1.20). При цьому потенціал дії може поширюватися в обидві сторони місця подразнення, як і в немиелинизированном волокні. Сальтаторне проведе-

Рис. 1.20.Схема поширення електричного потенціалу з нервового волокна.

A- Поширення потенціалу дії з немієлінізованим аксоном: а - аксон у спокої; б - ініціація потенціалу дії та виникнення локальних струмів; в - розповсюдження локальних струмів; г – поширення потенціалу дії по аксону. Б- поширення потенціалу дії від тіла нейрона до термінального закінчення. B- Сальтаторне проведення імпульсу мієлінізованим волокном. Перехоплення Ранв'є поділяють сегменти мієлінової оболонки аксона

ня імпульсу забезпечує в 5-50 разів більш високу швидкість проведення збудження порівняно з немієлінізованим волокном. Крім того, воно більш економічне, так як локальна деполяризація мембрани аксона тільки в місці перехоплення Ранв'є призводить до втрати в 100 разів меншої кількості іонів, ніж при формуванні локальних струмів в неймілінізованому волокні. Крім того, при сальтаторному проведенні мінімально задіяні потенціалкеровані калієві канали, внаслідок чого потенціали дії мієлінізованих волокон часто не мають фази слідової гіперполяризації.

Закони проведення порушення нервового волокна Перший закон:при подразненні нервового волокна збудження нервом поширюється в обидві сторони.

Другий закон:поширення збудження в обидві сторони відбувається з однаковою швидкістю.

Третій закон:збудження по нерву поширюється без феномена згасання або без декременту. Четвертий закон:проведення збудження по нервовому волокну можливе лише за його анатомічної та фізіологічної цілісності. Будь-яка травма поверхневої мембрани нервового волокна (перерізання, здавлення внаслідок запалення та набряку навколишніх тканин) порушує проведення подразнення. Проведення порушується при зміні фізіологічного стану волокна: блокаді іонних каналів, охолодженні тощо.

П'ятий закон:збудження поширення нервовими волокнами ізольовано, тобто. не переходить з одного волокна на інше, а збуджує ті клітини, з якими контактують закінчення даного нервового волокна. У зв'язку з тим, що до складу периферичного нерва зазвичай входить безліч різних волокон (рухових, чутливих, вегетативних), що іннервують різні органи та тканини та виконують різні функції, ізольоване проведення по кожному волокну має особливе значення.

Шостий закон:нервове волокно не стомлюється; Потенціал дії волокна має однакову амплітуду дуже тривалий час.

Сьомий закон:Швидкість проведення збудження різна в різних нервових волокнах і визначається електричним опором внутрішньо-і позаклітинного середовища, мембрани аксона, а також діаметром нервового волокна. Зі збільшенням діаметра волокна швидкість проведення подразнення зростає.

Класифікація нервових волокон

На підставі швидкості проведення збудження по нервових волокнах, тривалості фаз потенціалу дії та особливостей будови виділяють три основні типи нервових волокон: А, В та С.

Усі волокна типу А мієлінізовані; їх поділяють на 4 підгрупи: α, β, γ та δ. Найбільший діаметру αА-волокон (12-22 мкм), що визначає високу швидкість проведення збудження за ними (70-170 м/с). Волокна типу αА у людини проводять збудження від рухових нейронів передніх рогів спинного мозку до скелетним м'язам, а також від пропріоцептивних рецепторів м'язів до чутливих центрів центральної нервової системи.

Інші волокна типу А(β, γ і δ) мають менший діаметр, меншу швидкість проведення збудження та більш тривалий потенціал дії. До цих груп волокон відносяться переважно чутливі волокна, що проводять імпульси від різних рецепторів ЦНС; виняток становлять волокна γА, які проводять збудження від γ-нейронів передніх рогів спинного мозку до інтрафузальних м'язових волокон.

Волокна типу Втакож мієлінізовані, що відносяться переважно до прегангліонарних волокон вегетативної нервової системи. Швидкість проведення за ними становить 3-18 м/с, тривалість потенціалу дії майже в 3 рази перевищує аналогічний показник волокон типу А. Для цих волокон характерна фаза слідової деполяризації.

Волокна типу Снемієлінізовані, мають малий діаметр (близько 1 мкм) та низьку швидкість проведення збудження (до 3 м/с). Більшість волокон типу є постганглионарными волокнами симпатичної нервової системи, деякі волокна типу З беруть участь у проведенні збудження від больових, температурних та інших рецепторів.

1.5. Кодування

Інформація, що передається за аксоном у той чи інший спосіб, кодується. Сукупність нейронів, які забезпечують певну функцію(наприклад, конкретну сенсорну модальність) формує проекційний шлях (перший спосіб кодування). Так, зоровий шлях включає нейрони сітківки, латеральне колінчасте тіло таламуса і зорові області кори великих півкуль. Аксони, що проводять зорові сигнали, входять до складу зорового нерва, зорового тракту, зорової променистості. Фізіологічним стимулом для активації зорової системи служить світло, що потрапляє на сітківку. Нейрони сітківки перетворять цю інформацію і передають сигнал далі зоровим шляхом. Однак при механічному або електричному роздратуванні нейронів зорового шляху теж виникає зорове відчуття, хоча, як правило, спотворене. Отже, нейрони зорової системи складають проекційний шлях, за активації якого виникає зорове відчуття. Двигуни також представляють проекційні структури. Наприклад, при активації певних нейронів кори великих півкуль генеруються розряди в мотонейронах м'язів кисті і ці м'язи скорочуються.

Другий спосіб кодування обумовлений принципом упорядкованої просторової (соматотопічної) організації центральної нервової системи. Соматотопічні карти складені певними групами нейронів сенсорної та рухової систем. Ці групи нейронів, по-перше, отримують інформацію від відповідним чином локалізованих областей поверхні тіла і, по-друге, посилають рухові команди до певних частин тіла. У зорової системі ділянки сітківки представлені у корі мозку групами нейронів, що утворюють ретинотопічні карти. У слуховій системі частотні характеристики звуків відображені в тонотопічних картах.

Третій спосіб кодування інформації заснований на варіюванні характеристик послідовностей (серій) нервових імпульсів, направ-

няються в результаті синаптичної передачі до наступної групи нейронів, при цьому кодуючий механізм - тимчасова організація розряду нервових імпульсів. Можливі різні види такого кодування. Часто кодом є середня частота розряду: у багатьох сенсорних системах збільшення інтенсивності стимулу супроводжується підвищенням частоти розряду сенсорних нейронів. Крім того, кодом можуть бути тривалість розряду, різноманітне групування імпульсів у розряді, тривалість високочастотних залпів імпульсів і т.д.

1.6. Проведення збудження між клітинами.

Взаємозв'язки між нервовими клітинами здійснюються міжнейрональними контактами або синапсами. Інформація у вигляді серії потенціалів дії надходить від першого (пресинаптичного) нейрона на другий (постсинаптичний) або шляхом формування локального струму між сусідніми клітинами (електричні синапси), або опосередковано хімічними речовинами - медіаторами, нейротрансмітерами (хімічні синапси), або за допомогою обох механізмів ( змішані синапси). Швидка передача сигналів здійснюється електричними синапсами, повільніша - хімічними.

Типові синапси – це утворення, сформовані терміналями аксона одного нейрона та дендритами іншого (аксодендритичні синапси). Крім того, існують аксосоматичні, аксо-аксональні та дендродендритичні синапси (рис. 1.21). Деякі асоціативні нейрони мають різноманітні синаптичні зв'язки (рис. 1.22). Синапс між аксоном мотонейрону та волокном скелетного м'яза називається руховою кінцевою пластинкою, або нервово-м'язовою сполукою.

У електричного синапсу(рис. 1.23) клітинні мембрани сусідніх нейронів тісно прилягають одна до одної, щілина між ними становить близько 2 нм. Ділянки мембран сусідніх клітин, що утворюють щілинний контакт, містять специфічні білкові комплекси, що складаються з 6 субодиниць (конексонів), що розташовуються в такому порядку, що в центрі контакту утворюють заповнену водою пору. Коннексони мембран сусідніх клітин, шикуючись один проти одного, утворюють відкритий зв'язок - «канали», відстань між якими становить близько 8 нм.

Рис. 1.21.Основні види синапсів.

А- а - електричний синапс; б - шипиковий синапс, що містить електронно-щільні везикули; в - «en passant»-синапс, або синаптична «нирка»; г - гальмівний синапс, розташований на початковій частині аксона (містить еліпсоїдні везикули); д – дендритний шипик; е - шипиковий синапс; ж - гальмівний синапс; з – аксо-аксональний синапс; та - реципрокний синапс; до - збуджуючий синапс. Б- Нетипові синапси: 1 – аксо-аксональний синапс. Закінчення одного аксона може регулювати активність іншого; 2 – дендродендричний синапс; 3 - сомасоматичний синапс

Електричні синапси найбільше часто утворюються в ембріональній стадії розвитку, у дорослого їх кількість зменшується. Однак і в дорослому організмі значимість електричних синапсів зберігається для клітин глії та амакринних клітин сітківки ока; електричні синапси можна виявити в стовбурі головного мозку, особливо в нижніх оливах, сітківці ока, вестибулярних корінцях.

Деполяризація пресинаптичної мембрани призводить до утворення різниці потенціалів із недеполяризованою постсинаптичною мембраною. Через війну через канали, утворені коннексонами, починається рух позитивних іонів по градієнту різниці потенціалів постсинаптическую клітину чи рух аніонів у напрямі. При досягненні на постсинаптичній мембрані

Рис. 1.22.Асоціативний нейрон із множинними синаптичними зв'язками.

1 - аксонний горбок, що переходить в аксон; 2 - мієлінова оболонка; 3 – аксодендритичний синапс; 4 – ядро; 5 – дендрит; 6 - аксосоматичний синапс

Рис. 1.23.Будова електричного синапсу.

А- щілинний контакт між ділянками мембран сусідніх клітин. Б- Коннексони мембран сусідніх клітин утворюють міжнейрональний "канал". 1 – протеїновий комплекс; 2 – іонний канал. 3 – канал; 4 – коннексон клітини 1; 5 - кожні шість субодиниць; 6 - коннексон клітини 2

сумарної деполяризації граничної величини виникає потенціал дії. Важливо, що в електричному синапсі іонні струми виникають з мінімальною тимчасовою затримкою, що становить 10 -5 с, що пояснює високу синхронізацію відповіді навіть дуже великої кількостіклітин, з'єднаних щілинним контактом. Проведення струму через електричний синапс також можливе в обох напрямках (на противагу хімічному синапсу).

Функціональний стан електричних синапсів регулюється іонами Са 2+ та рівнем мембранного потенціалу клітин, що створює умови для впливу на поширення збудження аж до його припинення. До особливостей діяльності електричних синапсів слід віднести неможливість прямого перенесення збудження на віддалені клітини, оскільки з збудженою клітиною безпосередньо пов'язані лише деякі інші; рівень збудження в пресинаптичній та постсинаптичній клітинах однаковий; загальмувати поширення

збудження неможливо, у зв'язку з цим головний мозок новонароджених і дітей раннього віку, що містить значно більше електричних синапсів, ніж мозок дорослого, виявляється значно збудливішим для електричних процесів: електричне збудження, що швидко поширюється, не піддається гальмівній корекції і майже миттєво стає генералізованим, що пояснює його особливу вразливість і схильність до розвитку пароксизмальної активності.

Слід зазначити, що за деяких форм деміелінізуючих поліневропатій аксони, що входять до складу одного нервового стовбура, починають тісно стикатися один з одним, формуючи патологічні зони (ерапси), усередині яких стає можливим «перестрибування» потенціалу дії з одного аксона на інший. В результаті можлива поява симптоматики, що відображає надходження псевдоінформації в головний мозок, - відчуття болю без подразнення периферичних больових рецепторів і т.д.

Хімічний синапстакож передає електричний сигнал від пресинаптичної до постсинаптичної клітини, але в ньому іонні канали на постсинаптичній мембрані відкриваються або закриваються за допомогою хімічних речовин-переносників (медіаторів, нейротрансмітерів), що вивільняються з пресинаптичної мембрани (рис. 1.24). Зміна можливості проведення певних іонів через постсинаптичну мембрану є основою функціонування хімічних синапсів. Іонні струми змінюють потенціал постсинаптичної мембрани, тобто. викликають розвиток постсинаптичного потенціалу. Залежно від того, провідність яких іонів змінюється при дії нейротрансмітера, його ефект може бути гальмуючим (гіперполяризація постсинаптичної мембрани внаслідок додаткового вихідного струму іонів К+ або вхідного струму іонів С1 -) або збудливим (деполяризація постсинаптичної мембрани при додатковому вхідному струмі і або Na+).

У синапсі (рис. 1.25) виділяють пресинаптичний відросток, що містить пресинаптичні бульбашки (везикули), та постсинаптичну частину (дендрит, тіло клітини або аксон). У пресинаптичному нервовому закінченні у везикулах акумулюються нейротрансмітери. Синаптичні везикули фіксуються в основному на цитоскелеті за допомогою білків синапсину, локалізованого на цитоплазматичній поверхні кожної везикули, та спектрину, розташованого на волокнах F-актину цитоскелета (рис. 1.26). Менша частина везикул пов'язана з пресою.

наптичною мембраною за допомогою білка везикули синаптобревіна та білка пресинаптичної мембрани синтаксину.

Одна везикула містить 6000-8000 молекул трансмітера, що становить 1 квант трансмітера, тобто. мінімальна кількість, що звільняється у синаптичну щілину. Коли серія потенціалів дії досягає нервового закінчення (пресинаптичної мембрани), іони Са 2+ спрямовуються усередину клітини. На пов'язаних з пресинаптичною мембраною везикул іони Са 2+ зв'язуються з білком везикул синаптотагмі-

Рис. 1.24.Основні етапи передачі через хімічний синапс: 1 – потенціал дії досягає пресинаптичного закінчення; 2 - деполяризація пресинаптичної мембрани призводить до відкриття потенціалзалежних Са 2+ -каналів; 3 - іони Са 2+ опосередковують злиття везикул із пресинаптичною мембраною; 4 - молекули медіатора вивільняються у синаптичну щілину шляхом екзоцитозу; 5 - молекули медіатора зв'язуються з постсинаптичними рецепторами активуючи іонні канали; 6 - відбувається зміна провідності мембрани для іонів і залежно від властивостей медіатора виникає збуджуючий (деполяризація) або гальмівний (гіперполяїзація) потенціал постсинаптичної мембрани; 7 - струм іонів поширюється по постсинаптичній мембрані; 8 - медіаторні молекули повертаються в пресинаптичне закінчення шляхом зворотного захоплення або 9 - дифундують у позаклітинну рідину

ном, що спричиняє розкриття мембрани везикул (див. рис. 1.26). Паралельно з цим комплекс поліпептиду синаптофізіну зливається з неідентифікованими білками пресинаптичної мембрани, що призводить до формування пори, через яку здійснюється екзоцитоз регульований, тобто. секреція нейротрансмітера в синаптичну щілину Спеціальні протеїни везикул (rab3A) регулюють цей процес.

Іони Са 2+ у пресинаптичному закінченні активують Са 2+ -кальмодулінзалежну протеїнкіназу II - фермент, фосфорилюючий синапсин на пресинаптичній мембрані. Внаслідок цього навантажені трансмітером везикули можуть звільнитися від цитоскелета та переміститися на пресинаптичну мембрану для здійснення подальшого циклу.

Ширина синаптичної щілини становить близько 20-50 нм. У неї викидаються молекули нейротрансмітера, локальна концентрація яких відразу після викиду досить висока і знаходиться в мілімолярному діапазоні. Молекули нейротрансмітера дифундують до постсинаптичної мембрани приблизно за 0,1 мс.

У постсинаптичній мембрані виділяють субсинаптичну зону - область безпосереднього контакту пресинаптичної та постсинаптичної мембран, яка називається також активною зоною синапсу. У неї вбудовані протеїни, що утворюють іонні канали. У стані спокою ці канали відкриваються рідко. При попаданні молекул нейротрансмітера на постсинаптичну мембрану вони взаємодіють з білками іонних каналів (синаптичними рецепторами), змінюючи їхню конформацію і призводячи до значно частішого відкриття іонних каналів. Ті рецептори, іонні канали яких відкриваються при безпосередньому контакті з лігандом (нейротрансмітером), називаються іонотропними.Рецептори, в яких відкрит-

Рис. 1.25.Ультраструктура аксодендритичного синапсу. 1 – аксон; 2 – дендрит; 3 - мітохондрії; 4 – синаптичні бульбашки; 5 – пресинаптична мембрана; 6 – постсинаптична мембрана; 7 - синаптична щілина

тие іонних каналів пов'язане з підключенням інших хімічних процесів, називаються метаботропними(Рис. 1.27).

У багатьох синапсах рецептори для нейротрансмітера знаходяться не тільки на постсинаптичній, а й на пресинаптичній мембрані. (Ауторецептори).При взаємодії нейротрансмітера з ауторецепторами пресинаптичної мембрани його вивільнення посилюється або послаблюється (позитивний або негативний зворотний зв'язок) залежно від типу синапсу. На функціональний стан ауторецепторів також впливає концентрація іонів Са2+.

Взаємодіючи з постсинаптичним рецептором, нейротрансмітер відкриває неспецифічні іонні канали у постсинаптичній.

Рис. 1.26.Докування везикули у пресинаптичної мембрани. А- Синаптична везикула приєднується до елемента цитоскелету за допомогою молекули синапсину. Комплекс докування виділений чотирикутником: 1 - самкіназа 2; 2 - синапсис 1; 3 - фодрин; 4 - переносник медіатора; 5 - синаптофізін; 6 - комплекс докування

Б- збільшена схема комплексу докування: 7 - синаптобревін; 8 - синаптотагмін; 9 - rab3A; 10 - NSF; 11 - синаптофізін; 12 - SNAP; 13 – синтаксин; 14 - нейрексин; 15 - фізофілін; 16 - α-SNAP; 17 - Са 2+; 18 – n-sec1. СаМ-кіназа-2 - кальмодулінзалежна протеїнкіназа 2; n-secl – секреторний білок; NSF - N-етилмалеімід-чутливий білок злиття; гаb3ЗА - ГТФаза із сімейства ras; SNAP – білок пресинаптичної мембрани

мембрані. Побуджувальний постсинаптичний потенціал виникає внаслідок підвищення здатності іонних каналів проводити одновалентні катіони в залежності від їх електрохімічних градієнтів. Так, потенціал постсинаптичної мембрани знаходиться в діапазоні між -60 та -80 мВ. Рівноважний потенціал для іонів Na+ становить +55 мВ, що пояснює сильну рушійну силу для іонів Na+ усередину клітини. Рівноважний потенціал для іонів К+ становить приблизно -90 мВ, тобто. зберігається незначний струм іонів К+, спрямований із внутрішньоклітинного середовища у позаклітинне. Робота іонних каналів веде до деполяризації постсинаптичної мембрани, яка називається збуджуючим постсинаптичним потенціалом. Так як іонні струми залежать від різниці рівноважного потенціалу та потенціалу мембрани, то при зниженому потенціалі спокою мембрани струм іонів Na+ слабшає, а струм іонів К+ наростає, що веде до зменшення амплітуди збудливого постсинаптичного потенціалу. Струми Na + і К + , що беруть участь у виникненні збуджуючого постсинаптичес-

Рис. 1.27.Схема будови рецептора.

А- метаботропного. Б- іонотропного: 1 - нейромодулятори або медикаменти; 2 – рецептори з різними ділянками зв'язування (гетероцептор); 3 – нейромодуляція; 4 – вторинний месенджер; 5 – ауторецептор; 6 - зворотний зв'язок; 7 – вбудовування мембрани везикули; 8 – нейромодулятори; 9 - трансмітер; 10 – нейромодуляція; 11 трансмітер каталізує реакції G-білків; 12 - трансмітер відкриває іонний канал

кого потенціалу, поводяться інакше, ніж при генерації потенціалу дії, так як у механізмі постсинаптичної деполяризації беруть участь інші іонні канали з іншими властивостями. Якщо при генерації потенціалу дії активуються потенціалкеровані іонні канали, а при наростанні деполяризації відкриваються й інші канали, внаслідок чого процес деполяризації посилює сам себе, то провідність трансмітеркерованих (лігандкерованих) каналів залежить тільки від кількості молекул трансмітера, що зв'язалися з рецепторами, тобто. кількості відкритих іонних каналів. Амплітуда збудливого постсинаптичного потенціалу становить від 100 мкВ до 10 мВ, тривалість потенціалу в діапазоні від 4 до 100 мс залежно від виду синапсу.

Локально утворений в зоні синапсу збуджуючий постсинаптичний потенціал пасивно поширюється по постсінаптичній мембрані клітини. При одночасному збудженні великої кількості синапсів виникає явище підсумовування постсинаптичного потенціалу, що виявляється різким підвищенням його амплітуди, внаслідок чого може деполяризуватися мембрана всієї постсинаптичної клітини. Якщо величина деполяризації досягає порогового значення (понад 10 мВ), починається генерація потенціалу дії, який проводиться за аксоном постсинаптичного нейрона. Від початку збудливого постсинаптичного потенціалу освіти потенціалу дії проходить близько 0,3 мс, тобто. при масивному вивільненні нейротрансмітера постсинаптичний потенціал може з'явитися через 0,5-0,6 мс з моменту приходу в пресинаптичну область потенціалу дії (так звана синаптична затримка).

До постсинаптичного рецепторного білка можуть мати високу спорідненість інші сполуки. Залежно від того, до якого (стосовно нейротрансмітера) ефекту приводить їх зв'язування з рецептором, виділяють агоністи (односпрямовану дію з нейротрансмітером) та антагоністи (дія яких перешкоджає ефектам нейротрансмітера).

Існують рецепторні білки, які є іонними каналами. При зв'язуванні з ними молекул нейротрансмітера виникає каскад хімічних реакцій, внаслідок яких сусідні іонні канали відкриваються за допомогою вторинних месенджерів. метаботропні рецептори.Важливу роль їх функціонуванні грає G-белок. Синаптична передача, у якій використовується метаботропна рецепція, дуже повільна, час передачі імпульсу становить близько 100 мс. До синапсів

цього типу відносяться постгангліонарні рецептори, рецептори парасимпатичної нервової системи, ауторецептори. Прикладом є холінергічний синапс мускаринового типу, в якому зона зв'язування нейротрансмітера та іонний канал локалізуються не в самому трансмембранному білку, метаботропні рецептори пов'язані безпосередньо з G-білком. При зв'язуванні трансмітера з рецептором G-білок, що має три субодиниці, утворює комплекс з рецептором. ГДФ, пов'язаний з G-білком, замінюється на ГТФ, при цьому G-білок активізується і набуває здатності відкривати іонний калієвий канал, тобто. гіперполяризувати постсинаптичну мембрану (див. рис. 1.27).

Вторинні месенджери можуть відкривати чи закривати іонні канали. Так, іонні канали можуть відкриватися за допомогою цАМФ/IР 3 або фосфорилювання протеїнкінази С. Цей процес також проходить за допомогою G-білка, який активує фосфоліпазу, що веде до утворення інозитолтрифосфату (IP 3). Додатково збільшується утворення діацилгліцеролу (ДАГ) та протеїнкінази С (ПКС) (рис. 1.28).

Кожна нервова клітина має на своїй поверхні безліч синаптичних закінчень, одні з яких збуджують, інші - тор-

Рис. 1.28.Роль вторинних месенджерів інозитолтрифосфату (IP 3) (А)та діацилгліцеролу (ДАГ) (Б)у роботі метаботропного рецептора. При зв'язуванні медіатора з рецептором (Р) відбувається зміна конформації G-білка з подальшою активацією фосфоліпаз С (ФЛС). Активована ФЛС розщеплює фосфатидилінозиттрифосфат (PIP 2) на ДАГ та IP 3 . ДАГ залишається у внутрішньому шарі клітинної мембрани, а IP 3 дифундує в цитозоль як вторинний посередник. ДАГ вбудований у внутрішній шармембрани, де він взаємодіє з протеїнкіназою С (ПКС) у присутності фосфатидилсерину (ФС)

мозкові. Якщо паралельно активуються сусідні збуджуючі та гальмівні синапси, токи, що виникають, накладаються один на одного, в результаті виникає постсинаптичний потенціал з меншою амплітудою, ніж окремо його збуджуюча і гальмівна складові. При цьому істотна гіперполяризація мембрани внаслідок підвищення її провідності для іонів К+ та С1-.

Таким чином, збудливий постсинаптичний потенціал генерується завдяки підвищенню проникності для іонів Na+ і вхідного струму іонів Na+, a гальмівний постсинаптичний потенціал генерується внаслідок струму, що виходить, іонів К + або вхідного струму іонів С1 - . Зниження провідності для іонів К+ має деполяризувати мембрану клітини. Синапси, у роботі яких деполяризація викликається зменшенням провідності для іонів К+, локалізуються в гангліях вегетативної (автономної) нервової системи

Синаптичний перенесення повинен бути швидко завершений, щоб синапс був готовий для нового перенесення, інакше відповідь не виникала б під впливом сигналів, що знову надходять, спостерігався б блок деполяризації.Важливим механізмом регуляції є швидке зниження чутливості постсинаптичного рецептора (десенситизація), яке настає при молекулах нейротрансмітера, що ще зберігаються. Незважаючи на безперервне зв'язування нейротрансмітера з рецептором, конформація каналоутворюючого білка змінюється, іонний канал стає непроникним для іонів і синаптичний струм припиняється. У багатьох синапсів десенситизація рецептора може бути тривалою (до декількох хвилин), доки не відбудуться реконфігурація та реактивація каналу.

Іншими шляхами припинення дії трансмітера, що дозволяють уникнути тривалої десенситизації рецептора, є швидке хімічне розщеплення трансмітера на неактивні компоненти або видалення його з синаптичної щілини шляхом високоселективного зворотного захоплення пресинаптичним закінченням. Характер інактивуючого механізму залежить від типу синапсу. Так, ацетилхолін дуже швидко гідролізується ацетилхолінестеразою на ацетат та холін. У ЦНС збуджуючі глутаматергічні синапси щільно покриті відростками астроцитів, які активно захоплюють нейротрансмітер із синаптичної щілини та метаболізують його.

1.7. Нейротрансмітери та нейромодулятори

Нейротрансмітери передають сигнал у синапсах між нейронами або між нейронами та виконавчими органами (м'язові, залізисті клітини). Нейромодулятори пресинаптично впливають на кількість нейротрансмітера, що вивільняється, або його зворотне захоплення нейроном. Крім цього, нейромодулятори постсинаптично регулюють чутливість рецепторів. Таким чином, нейромодулятори здатні регулювати рівень збудливості в синапсах та змінювати ефект нейротрансмітерів. Нейротрансмітери та нейромодулятори разом утворюють групу нейроактивних субстанцій.

Багато нейронів є об'єктом впливу декількох нейроактивних субстанцій, але при стимуляції вивільняють лише один трансмітер. Один і той же нейротрансмітер залежно від типу постсинаптичного рецептора може давати збуджуючий або гальмуючий ефект. Деякі нейротрансмітери (наприклад, дофамін) можуть функціонувати як нейромодулятори. У нейрофункціональну систему зазвичай залучається кілька нейроактивних субстанцій, у своїй одна нейроактивна субстанція здатна проводити кілька нейрофункциональных систем.

Катехоламінергічні нейрони

Катехоламінергічні нейрони містять у перикарії та відростках такі нейротрансмітери, як дофамін, норадреналін або адреналін, які синтезуються з амінокислоти тирозину. У мозку дорослої людини дофамінергічні, норадренергічні та адренергічні нейрони по локалізації відповідають меланінсодержащим нейронам. Норадренергічні та дофамінергічні клітини позначаються номерами від А1 до А15, а адренергічні - від С1 до С3, порядкові номери присвоєні у зростаючому порядку, відповідно до розташування в стовбурі мозку від нижніх відділів до верхніх.

Дофамінергічні нейрониДофамінсинтезуючі клітини (А8-А15) розташовуються в середньому, проміжному та кінцевому мозку (рис. 1.29). Найбільша група дофамінергічних клітин – компактна частина чорної субстанції (А9). Їхні аксони формують висхідний шлях, що проходить через латеральну частину гіпоталамуса і внутрішню капсулу, нігростріарні пучки воло-

Рис. 1.29.Локалізація дофамінергічних нейронів та їх шляхів у головному мозку щурів.

1 - мозок; 2 – кора головного мозку; 3 – смугасте тіло; 4 – прилегле ядро; 5 – лобова кора; 6 - нюхова цибулина; 7 - нюховий бугор; 8 – хвостате ядро; 9 - мигдалеподібне ядро; 10 - серединне піднесення; 11 - нігростріарний пучок. Основний шлях (нігростріарний пучок) починається в чорній речовині (А8, А9) і проходить вперед до смугастого тіла

кін досягають хвостатого ядра і шкаралупи. Спільно з дофамінергічними нейронами ретикулярної субстанції (А8) вони утворюють нігростріарну систему.

Основний шлях (нігростріарний пучок) починається у чорній речовині (А8, А9) і проходить вперед до смугастого тіла.

Мезолімбічна група дофамінергічних нейронів (А10) тягнеться від мезенцефалічних відділів до лімбічної системи. Група А10 формує вентральну вершину у міжніжкових ядер у покришці середнього мозку. Аксони прямують до внутрішніх ядр кінцевої борозни, перегородки, нюхових горбків, прилеглого ядра. (n. accumbens),поясної звивині.

Третя дофамінергічна система (А12), звана тубероїнфундибулярна, знаходиться в проміжному мозку, розташовується в сірому бугрі і простягається до вирви. Ця система пов'язана з нейроендокринними функціями. Інші діенцефальні групи клітин (А11, А13 та А14) та їх клітини-мішені також розташовуються в гіпоталамусі. Маленька група А15 розосереджена в нюхової цибулини та є єдиною дофамінергічною групою нейронів у кінцевому мозку.

Усі дофамінові рецептори діють через систему вторинних месенджерів. Їхня постсинаптична дія може бути збуджуючою або гальмівною. Дофамін швидко захоплюється назад у пресинаптичне закінчення, де метаболізується моноаміноксидазою (МАО) та катехол-О-метилтрансферазою (КОМТ).

Норадренергічні нейрониНорадренергічні нервові клітини знаходяться лише у вузькій передньолатеральній зоні покришки довгастого мозку та мосту (рис. 1.30). По-

Рис. 1.30.Локалізація норадренергічних нейронів та їх шляхів у головному мозку щурів (парасагітальний зріз).

1 - мозок; 2 – дорсальний пучок; 3 – вентральний пучок; 4 – гіпокамп; 5 – кора головного мозку; 6 - нюхова цибулина; 7 – перегородка; 8 - медіальний передньомозковий пучок; 9 - кінцева смужка; 10 – гіпоталамус.

Основний шлях починається у блакитній плямі (А6) і проходить вперед кількома пучками, даючи відгалуження до різних відділів головного мозку. Також норадренергічні ядра розташовані у вентральній частині стовбура мозку (A1, A2, А5 та А7). Більшість їх волокон йде разом із волокнами нейронів блакитної плями, проте частина проектується у дорсальному напрямку

локна, що йдуть від цих нейронів, піднімаються до середнього мозку або сходять до спинного мозку. Крім того, норадренергічні клітини мають зв'язки з мозочком. Норадренергічні волокна розгалужуються ширше, ніж дофамінергічні. Вважається, що вони відіграють роль у регуляції мозкового кровотоку.

Найбільша група норадренергічних клітин (А6) розташована у складі блакитної плями. (locus cereleus)і містить майже половину всіх норадренергічних клітин (рис. 1.31). Ядро розташоване у верхній частині моста біля дна IV шлуночка і простягається вгору аж до нижніх пагорбів чотирипагорби. Аксони клітин блакитної плями багаторазово розгалужуються, їх адренергічні закінчення можна знайти в багатьох відділах ЦНС. Вони надають модулюючий вплив на процеси дозрівання та навчання, переробку інформації в мозку, регуляцію сну та ендогенне гальмування болю.

Задній норадренергічний пучок бере свій початок від групи А6 і з'єднується в середньому мозку з ядрами заднього шва, верхніми і нижніми горбками четверохолмія; у проміжному мозку – з передніми ядрами таламуса, медіальним та латеральним колінчастими тілами; у кінцевому мозку – з мигдалеподібним тілом, гіпокампом, неокортексом, поясною звивиною.

Додаткові волокна від клітин групи А6 йдуть до мозочка через його верхню ніжку (див. рис. 1.31). Східні волокна від блакитної плями разом з волокнами сусідньої групи клітин А7 йдуть до заднього ядра блукаючого нерва, нижньої оливи та спинного мозку. Переднебоко-

Рис. 1.31.Схема провідних норадренергічних шляхів від блакитного ядра (плями), що у сірому речовині мосту.

1 - волокна провідного шляху; 2 - гіпокамп; 3 – таламус; 4 - гіпоталамус та мигдалеподібне ядро; 5 - мозок; 6 – спинний мозок; 7 - блакитна пляма

виття низхідний пучок від блакитної плями віддає волокна до передніх і задніх рогів спинного мозку.

Нейрони груп А1 і А2 розташовуються у довгастому мозку. Спільно з групами клітин моста (А5 і А7) вони формують передні висхідні норадренергічні шляхи. У середньому мозку вони проектуються на сіре навколоводопровідне ядро ​​та ретикулярну формацію, у проміжному мозку – на весь гіпоталамус, у кінцевому мозку – на нюхову цибулину. Крім того, від цих груп клітин (А1, А2, А5, А7) бульбоспінальні волокна йдуть до спинного мозку.

У ПНЗ норадреналін (і меншою мірою адреналін) є важливим нейротрансмітером симпатичних постгангліонарних закінчень вегетативної нервової системи.

Адренергічні нейрони

Адреналінсинтезуючі нейрони знаходяться тільки у довгастому мозку, у вузькій передньолатеральній ділянці. Найбільша група клітин С1 лежить позаду заднього оливного ядра, середня групаклітин С2 - поруч із ядром одиночного шляху, група клітин С3 - безпосередньо під навколоводопровідною сірою речовиною. Еферентні шляхи від С1-С3 йдуть до заднього ядра блукаючого нерва, ядру одиночного шляху, блакитній плямі, сірої навколоводопровідної речовини мосту і середнього мозку, гіпоталамусу.

Існує 4 основних типи катехоламінергічних рецепторів, що відрізняються за реакцією на дію агоністів або антагоністів та за постсинаптичними ефектами. Рецептори α1 керують кальцієвими каналами за допомогою вторинного месенджера інозитолфосфату-3 та при активації підвищують внутрішньоклітинну концентрацію іонів.

Са 2+. Стимуляція β2-рецепторів веде до зменшення концентрації вторинного месенджера цАМФ, що супроводжується різними ефектами. Рецептори за допомогою вторинного месенджера цАМФ підвищують провідність мембран для іонів К+, генеруючи гальмівний постсинаптичний потенціал.

Серотонінергічні нейрони

Серотонін (5-гідрокситриптамін) утворюється з амінокислоти триптофану. Більшість серотонінергічних нейронів локалізуються в медіальних відділах стовбура мозку, утворюючи звані ядра шва (рис. 1.32). Групи В1 і В2 розташовуються в довгастому мозку, В3 - у прикордонній зоні між довгастим мозком і мостом, В5 - у мосту, В7 - в середньому мозку. Нейрони шва В6 і В8 знаходяться у покришці моста та середньому мозку. У ядрах шва також знаходяться нервові клітини, що містять інші нейротрансмітери, такі як дофамін, норадреналін, ГАМК, енкефалін і субстанція Р. З цієї причини ядра шва називаються також багатотрансмітерними центрами.

Проекції серотонінергічних нейронів відповідають ходу норадреналінергіческіх волокон. Основна маса волокон спрямовується до структур лімбічної системи, ретикулярної формації та спинного мозку. Існує зв'язок із блакитною плямою – основним зосередженням норадреналінергічних нейронів.

Великий передній висхідний тракт піднімається від клітин групи В6, В7 та В8. Він йде допереду крізь покришку середнього мозку і латерально крізь гіпоталамус, потім віддає гілки у напрямку склепіння та поясної звивини. За допомогою цього шляху групи В6, В7 і В8 пов'язані в середньому мозку з міжніжковими ядрами та чорною субстанцією, у проміжному мозку – з ядрами повідця, таламуса та гіпоталамусом, у кінцевому мозку – з ядрами перегородки та нюхової цибулею.

Існують численні проекції серотонінергічних нейронів на гіпоталамус, поясну звивину та нюхову кору, а також зв'язки зі стріатумом та лобовою корою. Коротший задній висхідний тракт з'єднує клітини груп В3, В5 і В7 за допомогою заднього поздовжнього пучка з околоводопроводним сірим речовиною і задньої гіпоталаміческой областю. Крім цього, існують серотонінергічні проекції на мозок (від В6 і В7) та спинний мозок (від В1 до В3), а також численні волокна, що з'єднуються з ретикулярною формацією.

Вивільнення серотоніну відбувається звичайним способом. На постсинаптичній мембрані розташовуються рецептори, які за допомогою вторинних месенджерів відкривають канали для іонів К+ та Са2+. Виділяють 7 класів рецепторів до серотоніну: 5-НТ 1 - 5-НТ 7 , які по-різному відповідають на дію агоністів і антагоністів. Рецептори 5-HT 1 , 5-HT 2 і 5-НТ 4 розташовані в головному мозку, рецептори 5-НТ 3 - у ПНР. Дія серотоніну закінчується за допомогою механізму зворотного захоплення нейротрансмітера пресинаптичним закінченням. Серотонін, який не надійшов у везикули, дезамінується за допомогою МАО. Існує інгібіторний вплив низхідних серотонінергічних волокон на перші симпатичні нейрони спинного мозку. Передбачається, що таким чином нейрони шва довгастого мозку контролюють проведення больових імпульсів в антеролатеральній системі. Дефіцит серотоніну пов'язаний із виникненням депресії.

Рис. 1.32.Локалізація серотонінергічних нейронів та їх шляхів у головному мозку щурів (парасагітальний зріз).

1 - нюхова цибулина; 2 – пояс; 3 - мозолисте тіло; 4 – кора головного мозку; 5 - медіальний поздовжній пучок; 6 - мозок; 7 - медіальний передньо-мозковий пучок; 8 – мозкова смужка; 9 - кінцева смужка; 10 - склепіння; 11 – хвостате ядро; 12 – зовнішня капсула. Серотонінергічні нейрони згруповані у дев'яти ядрах, розташованих у стовбурі мозку. Ядра В6-В9 проектуються допереду в проміжний і кінцевий мозок, тоді як каудальні ядра проектуються в довгастий і спинний мозок

Гістамінергічні нейрони

Гістамінергічні нервові клітини розташовуються в нижній частині гіпоталамуса близько до лійки. Гістамін метаболізується ферментом гістидинової декарбоксилазою з амінокислоти гістидину. Довгі та короткі пучки волокон гістамінергічних нервових клітин у нижній частині гіпоталамуса йдуть до стовбура мозку у складі задньої та перивентрикулярної зони. Гістамінергічні волокна досягають навколоводопровідної сірої речовини, заднього ядра шва, медіального вестибулярного ядра, ядра одиночного шляху, заднього ядра блукаючого нерва, ядра

лицьового нерва, переднього та заднього кохлеарних ядер, латеральної петлі та нижнього горбка чотирипагорба. Крім того, волокна прямують до проміжного мозку - задніх, латеральних і передніх відділів гіпоталамуса, соскоподібних тіл, зорового бугра, перивентрикулярних ядер, латеральних колінчастих тіл і до кінцевого мозку - діагональної звивини Брока, n. accumbens,мигдалеподібному тілу та корі великого мозку.

Холінергічні нейрони

Альфа (α)- і гамма (γ)-мотонейрони окорухового, блоковидного, трійчастого, відвідного, лицьового, язикоглогочного, блукаючого, додаткового та під'язичного нервів та спинномозкових нервів – холінергічні (рис. 1.33). Ацетилхолін впливає скорочення скелетної мускулатури. Прегангліонарні нейрони вегетативної нервової системи холінергічні, вони стимулюють постгангліонарні нейрони вегетативної нервової системи. Інші холінергічні нервові клітини отримали буквено-цифрове позначення в напрямку зверху донизу (у зворотному порядку порівняно з катехоламінергічними та серотонінергічними нейронами). Холінергічні нейрони Ch1 формують близько 10% клітин серединних ядер перегородки, нейрони Ch2 становлять 70% клітин вертикального лімбу діагональної борозни Брока, нейрони Ch3 становлять 1% клітин горизонтального лімба діагональної борозни Брока. Всі три групи нейронів проектуються вниз на медіальні ядра повідця та міжніжкові ядра. Нейрони Ch1 з'єднуються висхідними волокнами через склепіння з гіпокампом. Група клітин Ch3 синаптично пов'язана з нервовими клітинами нюхової цибулини.

У мозку людини група клітин Ch4 відносно широка і відповідає базальному ядру Мейнерта, в якому 90% всіх клітин – холінергічні. Ці ядра одержують аферентні імпульси від субкортикальних діенцефально-теленцефалічних відділів і формують лімбіко-паралімбічну кору мозку. Передні клітини базального ядра проектуються на фронтальний та парієтальний неокортекс, а задні клітини – на окципітальний та скроневий неокортекс. Таким чином, базальне ядро ​​є ланкою, що передає між лімбіко-паралімбічними відділами і неокортексом. Дві невеликі групи холінергічних клітин (Ch5 і Ch6) розташовуються в мосту і розглядаються як частина висхідної ретикулярної системи.

Невелика група клітин періоліварного ядра, що частково складається з холінергічних клітин, розташована біля краю трапецієподібного тіла в нижніх відділах моста. Її еферентні волокна йдуть до рецепторних клітин слухової системи. Ця холінергічна система впливає передачі звукових сигналів.

Амінацидергічні нейрони

Нейротрансмітерні властивості доведені для чотирьох амінокислот: збудливі для глутамінової (глутамат), аспарагінової (аспартат) кислот, гальмівні – для g-аміномасляної кислоти та гліцину. Передбачаються нейротрансмітерні властивості цистеїну (збудливі); таурину, серину та р-аланіну (гальмівні).

Рис. 1.33.Локалізація холінергічних нейронів та їх шляхів у головному мозку у щурів (парасагітальний зріз). 1 - мигдалеподібне ядро; 2 – переднє нюхове ядро; 3 – дугоподібне ядро; 4 – базальне ядро ​​Мейнерта; 5 – кора головного мозку; 6 - шкаралупа хвостатого ядра; 7 – діагональний пучок Брока; 8 – відігнутий пучок (пучок Мейнерта); 9 - гіпокамп; 10 - міжніжкове ядро; 11 – латерально-дорсальне ядро ​​покришки; 12 - медіальне ядро ​​повідця; 13 - нюхова цибулина; 14 - нюховий бугор; 15 – ретикулярна формація; 16 - мозкова смужка; 17 - таламус; 18 - ретикулярна формація покришки

Глутаматергічні та аспартатергічні нейрониСтруктурно подібні амінокислоти глутамат та аспартат (рис. 1.34) електрофізіологічно класифікуються як збуджуючі нейротрансмітери. Нервові клітини, що містять глутамат та/або аспартат як нейротрансмітери, є в слуховій системі (нейрони першого порядку), в нюховій системі (об'єднують нюхову цибулину з корою великого мозку), в лімбічній системі, в неокортексі (пірамідні клітини). Глутамат виявляється також у нейронах провідних шляхів, що йдуть від пірамідних клітин: кортикостріарному, кортикоталамічному, кортикотектальному, кортикомостовому та кортикоспінальному трактах.

Важливу роль функціонуванні глутаматної системи грають астроцити, які є пасивними елементами нервової системи, а які у забезпеченні нейронів енергетичними субстратами у відповідь збільшення синаптичної активності. Астроцитарні відрост-

Рис. 1.34.Синтез глутамінової та аспарагінової кислот.

Шляхом гліколізу відбувається перетворення глюкози на піруват, який у присутності ацетил-КоА вступає в цикл Кребса. Далі шляхом трансамінування оксалоацетат та α-кетоглутарат перетворюються на аспартат та глутамат відповідно (реакції представлені в нижній частині малюнка)

ки розташовані навколо синаптичних контактів, що дозволяє їм уловлювати збільшення синаптичної концентрації нейротрансмітерів (рис. 1.35). Перенесення глутамату із синаптичної щілини опосередковується специфічними транспортними системами, дві з яких гліально-специфічні ( GLT-1і GLAST-переносники). Третя транспортна система (ЕААС-1),що знаходиться виключно в нейронах, не втягується в перенесення глутамату, що вивільнився з синапсів. Перехід глутамату в астроцити відбувається електрохімічним градієнтом іонів Na + .

У нормальних умовах підтримується відносна сталість позаклітинних концентрацій глутамату та аспартату. Їх підвищення включає компенсаторні механізми: захоплення нейронами та астроцитами надлишків з міжклітинного простору, пресинаптичне гальмування викиду нейротрансмітерів, метаболічну утилізацію та

Рис. 1.35.Будова глутаматергічного синапсу.

Глутамат вивільняється із синаптичних везикул у синаптичну щілину. На малюнку зображено два механізми зворотного захоплення: 1 - назад у пресинаптичне закінчення; 2 - до сусідньої гліальної клітини; 3 – гліальна клітина; 4 – аксон; 5 – глутамін; 6 – глутамін-синтетаза; 7 - АТФ+NH 4 +; 8 - глутаміназ; 9 - глутамат + NH 4 +; 10 – глутамат; 11 – постсинаптична мембрана. У гліальних клітинах глутамінсинтаза перетворює глутамат на глутамін, який далі переходить у пресинаптичне закінчення. У пресинаптичному закінченні глутамін перетворюється назад на глутамат ферментом глутаміназою. Вільний глутамат також синтезується в реакціях циклу Кребса в мітохондріях. Вільний глутамат збирається у синаптичних везикулах до виникнення наступного потенціалу дії. У правій частині малюнка представлені реакції перетворення глутамату та глутаміну, опосередковані глутамінсинтетазою та глутаміназою

ін. При порушенні їх елімінації із синаптичної щілини абсолютна концентрація та час перебування глутамату та аспартату у синаптичній щілині перевищують допустимі межі, і процес деполяризації мембран нейронів стає незворотним.

У ЦНС ссавців існують сімейства іонотропних та метаботропних глутаматних рецепторів. Іонотропні рецептори регулюють проникність іонних каналів та класифікуються залежно від чутливості до дії N-метил-D-аспартату. (NMDA),α-аміно-3-гідрокси-5-метил-4-ізоксазол-пропіонової кислоти (АМРА),каїнової кислоти (К) та L-2-аміно-4-фосфономасляної кислоти (L-AP4)- Найбільш селективних лігандів цього типу рецепторів. Назви цих сполук і були присвоєні відповідним типам рецепторів: NMDA, АМРА, Кі L-AP4.

Найбільш вивчено рецептори NMDA-типу (рис. 1.36). Постсинаптичний рецептор NMDAявляє собою складне надмолекулярне утворення, що включає декілька сайтів (ділянок) регуляції: сайт специфічного зв'язування медіатора (L-глутамінової кислоти), сайт специфічного зв'язування коагоніста (гліцину) та алостеричні модуляторні сайти, розташовані як на мембрані (поліаміновий), так і в іон , пов'язаному з рецептором (сайти зв'язування двовалентних катіонів та «фенциклідиновий» сайт - ділянка зв'язування неконкурентних антагоністів).

Іонотропні рецептори відіграють ключову роль у здійсненні збуджуючої нейропередачі в ЦНС, реалізації нейропластичності, утворенні нових синапсів (синаптогенез), у підвищенні ефективності функціонування наявних синапсів. З цими процесами багато в чому пов'язані механізми пам'яті, навчання (придбання нових навичок), компенсації функцій, порушених внаслідок органічного ураження мозку.

Збудливим аміноацидергічним нейротрансмітерам (глутамату та аспартату) за певних умов властива цитотоксичність. При їх взаємодії з збудженими постсинаптичними рецепторами розвиваються дендросоматичні ураження без змін провідної частини нервової клітини. Умови, що створюють таке перезбудження, характеризуються підвищеним виділенням та/або зменшеним повторним захопленням переносника. Перезбудження глутаматом саме рецепторів NMDAпризводить до відкриття аго-

ніст-залежних кальцієвих каналів і потужному припливу Ca 2+ в нейрони з раптовим збільшенням його концентрації до порогової. Викликана надмірною дією аміноацидергічних нейротрансмітерів «ексайтотоксична смерть нейронів»є універсальним механізмом ушкодження нервової тканини. Вона лежить в основі некротичної смерті нейронів при різних захворюваннях головного мозку, як гострих (ішемічний інсульт), так і хронічних (ней-

Рис. 1.36.Глутаматний NMDA-рецептор

родегенерації). На екстрацелюлярні рівні аспартату та глутамату, а отже, і на вираженість ексайтотоксичності впливають температура та рН головного мозку, позаклітинні концентрації одновалентних іонів С1- та Na+. Метаболічний ацидоз пригнічує транспортні системи глутамату із синаптичної щілини.

Є дані про нейротоксичні властивості глутамату, пов'язані з активацією АМРА- та К-рецепторів, що призводить до зміни проникності постсинаптичної мембрани для одновалентних катіонів К+ та Na+, посилення вхідного струму іонів Na+ та короткочасної деполяризації постсинаптичної мембрани, що, у свою чергу, викликає припливу Са 2+ в клітину через агоніст-залежні (рецептори NMDA)та потенціалзалежні канали. Потік іонів Na+ супроводжується входом у клітини води, що обумовлює набухання апікальних дендритів та лізис нейронів (осмолітичне пошкодження нейронів).

Метаботропні глутаматні рецептори, пов'язані з G-білком, відіграють важливу роль у регуляції внутрішньоклітинного кальцієвого струму, викликаного активацією NMDA-рецепторів, і виконують модуляторні функції, викликаючи тим самим зміни діяльності клітини. Ці рецептори не впливають на функціонування іонних каналів, але стимулюють утворення внутрішньоклітинних посередників діацилгліцеролу та нозитолтрифосфату, що беруть участь у подальших процесах ішемічного каскаду.

ГАМКергічні нейрони

Деякі нейрони як нейротрансмітер містять г-аміномасляну кислоту (ГАМК), яка утворюється з глутамінової кислоти під дією глутаматдекарбоксилази (рис. 1.37). У корі великого мозку ГАМКергічні нейрони знаходяться у ольфакторній та лімбічній областях (кошинкові нейрони гіпокампу). ГАМК також містять нейрони еферентних екстрапірамідних стріатонігральних, палідонігральних та субталамопалідарних шляхів, клітини Пуркіньє мозочка, нейрони кори мозочка (Гольджі, зірчасті та кошикові), вставні гальмівні нейрони спинного мозку.

ГАМК є найважливішим гальмівним нейротрансмітером ЦНС. Основна фізіологічна роль ГАМК - створення стійкої рівноваги між збуджуючими та гальмівними системами, модуляція та регуляція активності головного збуджуючого нейротрансмітера глутамату. ГАМК обмежує поширення збудливого стимулу як пресинаптично - через ГАМК-В-рецептори, функціо-

Рис. 1.37.Реакція перетворення глутамату на ГАМК.

Для активності декарбоксилази глутамінової кислоти (ДГК) необхідний кофермент піридоксальфосфат

Рис. 1.38.ГАМК-рецептор.

1 - бензодіазепін-зв'язуючий сайт;

2 - ГАМК-зв'язуючий сайт; 3 - іонний канал для CL -; 4 - барбітурат-зв'язуючий сайт

але пов'язані з потенціалзалежними кальцієвими каналами пресинаптичних мембран, так і постсинаптично через ГАМКА-рецептори (ГАМК-барбітуратбензодіазепін-рецепторний комплекс), функціонально пов'язані з потенціалзалежними хлорними каналами. Активація постсинаптичних ГАМК-А-рецепторів призводить до гіперполяризації клітинних мембран та гальмування збудливого імпульсу, спричиненого деполяризацією.

Щільність ГАМК-А-рецепторів максимальна у скроневій та лобовій корі, гіпокампі, мигдалеподібних та гіпоталамічних ядрах, чорній субстанції, навколоводопровідній сірій речовині, ядрах мозочка. Дещо меншою мірою рецептори представлені в хвостатому ядрі, шкаралупі, таламусі, потиличній корі, епіфізі. Всі три субодиниці ГАМК-А-рецептора (α, β і γ) пов'язують ГАМК, хоча найвища афінність зв'язування з б-субодиницею (рис. 1.38). Барбітурати взаємодіють з а-і Р-субодиницями; бензодіазепіни - тільки з 7-субодиницею. Афінність зв'язування кожного з лігандів підвищується, якщо паралельно з рецептором взаємодіють інші ліганди.

Гліцинергічні нейрониГліцин є гальмівним нейротрансмітером практично у всіх відділах ЦНС. Найбільша щільність гліцинових рецепторів виявлена ​​в структурах стовбура, корі великих півкуль, стріатумі, ядрах гіпоталамуса, провідниках від лобової кори до гіпоталамусу, мозок.

жочки, спинному мозку. Гліцин виявляє інгібуючі властивості за допомогою взаємодії не тільки з власними чутливими стрихнін гліциновими рецепторами, але і з рецепторами ГАМК.

У малих концентраціях гліцин необхідний для нормального функціонування глутаматних рецепторів NMDA.Гліцин є ко-агоністом рецепторів NMDA,їх активація можлива лише за умови зв'язування гліцину зі специфічними (нечутливими до стрихніну) гліциновими сайтами. Потенціююча дія гліцину на рецептори NMDAпроявляється у концентраціях нижче 0,1 мкмоль, а концентрації від 10 до 100 мкмоль гліциновий сайт насичується повністю. Високі концентрації гліцину (10-100 ммоль) не активують NMDA-індуковану деполяризацію in vivoі, отже, не збільшують ексайтотоксичність.

Пептидергічні нейрони

Нейротрансмітерна та/або нейромодуляторна функція багатьох пептидів ще вивчається. Пептидергічні нейрони включають:

Гіпоталамонейрогіпофізарні нервові клітини з пептидами ок-

Ситоцином і вазопресином як нейротрансмітери; гіпофізтрофічні клітини з пептидами соматостатином, корти-

коліберіном, тироліберином, люліберином;

Нейрони з пептидами вегетативної нервової системи шлунково-кишкового тракту, такими як субстанція Р, вазоактивний інтестинальний поліпептид (ВІН) і холецистокінін;

Нейрони, пептиди яких утворюються з про-опіомеланокортину (кортикотропін та β-ендорфін),

Енкефалінергічні нервові клітини.

Субстанція-Р - нейрони, що містятьСубстанція Р - пептид з 11 амінокислот, що надає збуджуючу дію, що повільно починається і тривало триває. Субстанцію Р містять:

Близько 1/5 клітин спинальних гангліїв та тригемінального (Гассерова) ганглія, аксони яких мають тонку мієлінову оболонку або не мієлінізовані;

Клітини нюхових цибулин;

Нейрони навколоводопровідної сірої речовини;

Нейрони шляху, що від середнього мозку до межножковым ядрам;

Нейрони еферентних нігростріарних шляхів;

Невеликі нервові клітини, розташовані у корі великого мозку, переважно у V та VI шарах.

ВІП-містять нейрониВазоактивний інтестинальний поліпептид (ВІП) складається з 28 амінокислот. У нервовій системі ВІП є збуджуючим нейротрансмітером та/або нейромодулятором. Найбільша концентрація ВІП виявляється у неокортексі, переважно у біполярних клітинах. У стовбурі мозку ВІП- нервові клітини, що містять, розташовуються в ядрі одиночного шляху і пов'язані з лімбічною системою. У супрахіазмальному ядрі знаходяться ВІП- нейрони, що містять, пов'язані з ядрами гіпоталамуса. У шлунково-кишковому тракті має вазодилатуючу дію та стимулює перехід глікогену в глюкозу.

β-ендорфіновмісні нейрониβ-Ендорфін - пептид з 31 амінокислоти, що функціонує як гальмівний нейромодулятор мозку. Ендорфінергічні клітини перебувають у медіобазальному гіпоталамусі та нижніх відділах ядра одиночного шляху. Висхідні ендорфінергічні шляхи від гіпоталамуса прямують до преоптичного поля, ядра перегородки та мигдалеподібного тіла, а низхідні шляхи йдуть до навколоводопровідної сірої речовини, блакитного ядра і ретикулярної формації. Ендорфінергічні нейрони беруть участь у центральній регуляції аналгезії, вони стимулюють вивільнення гормону росту, пролактину та вазопресину.

Енкефалінергічні нейрони

Енкефалін - пептид із 5 амінокислот, що функціонує як ендогенний ліганд опіатних рецепторів. Енкефалінергічні нейрони розташовуються в поверхневому шарі заднього рогу спинного мозку і ядрі спинального тракту трійчастого нерва, періальному ядрі (слухова система), нюхових цибулинах, в ядрах шва, в сірому навколоводопровідному речовині. Енкефалінсодержащіе нейрони знаходяться також в неокортекс і аллокортекс.

Енкефалінергічні нейрони пресинаптично інгібують вивільнення субстанції Р із синаптичних закінчень аферентів, які проводять болючі імпульси (рис. 1.39). Аналгезії можна досягти шляхом електростимуляції або мікроін'єкцій опіатів у цю область. Енкефалінергічні нейрони впливають на гіпоталамо-гіпофізарну регуляцію синтезу та виділення окситоцину, вазопресину, деяких ліберинів та статинів.

Оксид азоту

Оксид азоту (NO) є поліфункціональним фізіологічним регулятором з властивостями нейротрансмітера, який, на відміну від традиційних нейротрансмітерів, не резервується в синаптичних везикулах нервових закінчень і вивільняється в синаптичну щілину шляхом вільної дифузії, а не за механізмом екзоцитозу. Молекула NO синтезується у відповідь фізіологічну потребуферментом WA-синтазою (WAS) з амінокислоти L-аргініну. Здатність NO давати біологічний ефект визначається в основному малими розмірами його молекули, її високою реактивністю та здатністю до дифузії у тканинах, у тому числі нервової. Це стало підставою назвати NO ретроградним месенджером.

Виділяють три форми WAV. Дві з них конститутивні: нейрональна (ncNOS) та ендотеліальна (ecWAS), третя – індуцибельна (WAV), виявлена ​​у клітинах глії.

Кальцій-кальмодулінзалежність нейрональної ізоформи WAV обумовлює посилення синтезу NO при наростанні рівня внутрішньоклітинного кальцію. У зв'язку з цим будь-які процеси, що ведуть до накопичення кальцію в клітині (енергетичний дефіцит, зміни активного іонного транспорту,

Рис. 1.39.Механізм енкефалінергічної регуляції больової чутливості на рівні драглистої речовини.

1 – інтернейрон; 2 – енкефалін; 3 – рецептори енкефаліну; 4 – нейрон заднього рогу спинного мозку; 5 – рецептори субстанції Р; 6 – субстанція Р; 7 – чутливий нейрон спинномозкового ганглія. У синапсі між периферичним чутливим нейроном та нейроном спинноталамічного ганглію основним медіатором є субстанція P. Енкефалінергічний інтернейрон реагує на больову чутливість, надаючи пресинаптичний інгібуючий вплив на вивільнення субстанції Р

глутаматна ексайтотоксичність, оксидантний стрес, запалення), супроводжуються підвищенням рівня NO.

Показано, що NO модулює вплив на синаптичну передачу, на функціональний стан глутаматних рецепторів NMDA. Активуючи розчинну гемсодержащую гуанілатциклазу, NO бере участь у регуляції внутрішньоклітинної концентрації іонів Са 2+ рН всередині нервових клітин.

1.8. Аксональний транспорт

Важливу роль міжнейрональных зв'язках грає аксональний транспорт. Мембранні та цитоплазматичні компоненти, що утворюються в біосинтезуючому апараті соми та проксимальної частини дендритів, повинні розподілятися за аксоном (особливо важливо їх надходження до пресинаптичних структур синапсів), щоб заповнити втрату елементів, що зазнали вивільнення або інактивації.

Однак багато аксонів занадто довгі, щоб матеріали могли ефективно переміщатися із соми до синаптичних закінчень шляхом простої дифузії. Це завдання виконує особливий механізм – аксональний транспорт. Існує кілька типів. Оточені мембранами органели та мітохондрії транспортуються з відносно великою швидкістю за допомогою швидкого аксонального транспорту. Речовини, розчинені в цитоплазмі (наприклад, білки), переміщуються повільним аксональним транспортом. У ссавців швидкий аксональний транспорт має швидкість 400 мм/сут, а повільний - близько 1 мм/сут. Синаптичні бульбашки можуть надходити за допомогою швидкого аксонального транспорту із соми мотонейрону спинного мозку людини до м'язів стопи через 2,5 діб. Порівняємо: доставка на таку ж відстань багатьох білків розчинних займає приблизно 3 роки.

Для аксонального транспорту потрібні витрати метаболічної енергії та присутність внутрішньоклітинного кальцію. Елементи цитоскелета (точніше, мікротрубочки) створюють систему напрямних тяжів, вздовж яких пересуваються оточені мембранами органели. Ці органели прикріплюються до мікротрубочок аналогічно тому, як це відбувається між товстими та тонкими філаментами волокон кістякових м'язів; рух органел вздовж мікротрубочок запускається іонами Са 2+ .

Аксональний транспорт здійснюється у двох напрямках. Транспорт від соми до аксональних терміналів, званий антероградним аксонним транспортом, заповнює в пресинаптичних закінчення запас синаптичних бульбашок і ферментів, відповідальних за синтез нейромедіатора. Транспорт у протилежному напрямку - ретроградний аксонний транспорт, що повертає спустошені синаптичні бульбашки в сому, де ці мембранні структури деградуються лізосомами. Речовини, що надходять від синапсів, необхідні для підтримки нормального метаболізму тіл нервових клітин і, крім того, несуть інформацію про стан їх кінцевих апаратів. Порушення ретроградного аксонального транспорту призводить до змін нормальної роботи нервових клітин, а у важких випадках – до ретроградної дегенерації нейронів.

Система аксонального транспорту є тим основним механізмом, який визначає поновлення та запас медіаторів та модуляторів у пресинаптичних закінченнях, а також лежить в основі формування нових відростків, аксонів та дендритів. Згідно з уявленнями про пластичність мозку в цілому, навіть у мозку дорослої людини постійно відбуваються два взаємопов'язані процеси: формування нових відростків і синапсів, а також деструкція та зникнення деякої частини існуючих раніше міжнейрональних контактів. Механізми аксонального транспорту, пов'язані з ними процеси синаптогенезу та зростання найтонших розгалужень аксонів лежать в основі навчання, адаптації, компенсації порушених функцій. Розлад аксонального транспорту призводить до деструкції синаптичних закінчень та зміни функціонування певних систем мозку.

Лікарськими та біологічно активними речовинами можна впливати на метаболізм нейронів, що визначає їх аксональний транспорт, стимулюючи його та підвищуючи тим самим можливість компенсаторно-відновних процесів. Посилення аксонального транспорту, зростання найтонших відгалужень аксонів і синаптогенез відіграють позитивну роль нормальної роботі мозку. При патології ці явища є основою репаративних, компенсаторно-відновних процесів.

За допомогою аксонального транспорту по периферичних нервах поширюються деякі віруси та токсини. Так, вірус вітряної віспи (Varicella zoster virus)проникає у клітини спинномозкових (спінальних) гангліїв. Там вірус перебуває у неактивній формі іноді протягом багатьох років, доки не зміниться імунний статус людини. Тоді вірус може транспортуватися по сенсорних аксонів до шкіри, і в дерматомах соотве-

спінальних нервів виникають хворобливі висипання оперізувального лишаю (Herpes zoster).Шляхом аксонального транспорту переноситься і правцевий токсин. Бактерії Clostridium tetaniіз забрудненої рани шляхом ретроградного транспорту потрапляють у мотонейрони. Якщо токсин вийде у позаклітинний простір передніх рогів спинного мозку, він блокує активність синаптичних рецепторів гальмівних нейромедіаторних амінокислот і спричинить тетанічні судоми.

1.9. Реакції нервової тканини на ушкодження

Пошкодження нервової тканини супроводжується реакціями нейронів та нейроглії. У разі тяжкого ушкодження клітини гинуть. Оскільки нейрони є постмітотичні клітини, вони не поповнюються.

Механізми смерті нейронів та клітин глії

У сильно пошкоджених тканинах переважають процеси некрозу, що зачіпають цілі клітинні поля з пасивною дегенерацією клітин, набуханням і фрагментацією органел, руйнуванням мембран, лізисом клітин, виходом внутрішньоклітинного вмісту в навколишню тканину та розвитком запальної відповіді. Некроз завжди обумовлений грубою патологією, його механізми не вимагають витрат енергії та запобігти його можна лише за допомогою видалення причини ушкодження.

Апоптоз- Вид програмованої клітинної смерті. Апоптозні клітини, на противагу некротичному, розташовуються поодинці або невеликими групами, розкидані по всій тканині. Вони мають менший розмір, незмінені мембрани, зморщену цитоплазму із збереженням органел, появою множинних цитоплазматичних мембран, пов'язаних випинань. Не спостерігається і запальної реакції тканини, що нині служить однією з важливих відмітних морфологічних ознак апоптозу від некрозу. І зморщені клітини, і апоптозні тільця містять незаймані клітинні органели та маси конденсованого хроматину. Результатом послідовної деструкції ДНК в апоптозпих клітинах стає неможливість їх реплікації (відтворення) та участі у міжклітинних взаємодіях, оскільки ці процеси вимагають синтезу нових протеїнів. Клітки, що вмирають, ефективно видаляються з тканини шляхом фагоцитозу. Основні відмінності процесів некрозу та апоптозу підсумововані у табл. 1.1.

Таблиця 1.1.Ознаки відмінності процесів некрозу та апоптозу

Апоптоз є невід'ємною частиною процесів розвитку та гомеостазу зрілої тканини. В нормі організм використовує цей генетично запрограмований механізм в ембріогенезі для знищення «надлишку» клітинного матеріалу в ранній стадії розвитку тканин, зокрема в нейронах, які не встановили контакти з клітинами-мішенями і позбавлені, таким чином, трофічної підтримки цих клітин. У зрілому віці інтенсивність апоптозу в ЦНС ссавців суттєво знижується, хоча залишається високою в інших тканинах. Усунення уражених вірусами клітин, розвиток імунної відповіді також супроводжуються апоптозною реакцією. Поруч із апоптозом виділяють та інші варіанти програмованої клітинної смерті.

Морфологічними маркерами апоптозу є апоптозні тільця та зморщені нейрони з цілісною мембраною. Біохімічним маркером, який став практично ідентичним поняттю «апоптоз», вважають ДНК-фрагментацію. Цей процес активується іонами Ca 2+ і Mg 2+, а інгібується іонами Zn 2+. Розщеплення ДНК відбувається в результаті дії кальцій-магнійзалежної ендонуклеази. Встановлено, що ендонуклеази розщеплюють ДНК між гістонними білками, вивільняючи фрагменти регулярної довжини. ДНК спочатку ділиться на великі фрагменти з 50 і 300 000 основ, які потім розщеплюються на частини з 180 пар основ, що утворюють драбину при сепарації гелевим електрофорезом. ДНК-фрагментація не завжди корелює з характерною для апоптозу морфологією та є умовним маркером, нееквівалентним морфологічним критеріям. Найбільш досконалим для підтвердження апоптозу є біологічно-гістохімічний метод, що дозволяє зафіксувати не лише ДНК-фрагментацію, а й важливу морфологічну ознаку – апоптозні тільця.

Програма апоптозу складається з трьох послідовних етапів: прийняття рішення про смерть чи виживання; здійснення механізму знищення; елімінації загиблих клітин (деградація клітинних компонентів та його фагоцитоз).

Виживання чи смерть клітин значною мірою визначається продуктами експресії генів cW-родини. Білкові продукти двох із цих генів, ced-3і ced-4(«Генов-вбивць»), необхідні для протікання апоптозу. Білковий продукт гена ced-9захищає клітини, перешкоджаючи апоптозу за допомогою запобігання збудженню генів. ced-3і ced-4.Інші гени сімейства cedкодують протеїни, залучені в упаковку та фагоцитоз вмираючих клітин, деградацію ДНК померлої клітини.

У ссавців гомологами гена-вбивці ced-3(і його білкових продуктів) є гени, що кодують інтерлейкінперетворюючі ферменти - каспази (цистеїнові аспартил-протеази), які мають різну субстратну та інгібуючу специфічність. Неактивні попередники каспаз – прокаспази присутні у всіх клітинах. Активація прокаспаз у ссавців здійснюється аналогом ced-4-гену - збуджуючим фактором апоптозної протеази-1 (Apaf-a),що мають місце зв'язування для АТФ, що наголошує на значущості рівня енергетичного забезпечення для вибору механізму смерті. При збудженні каспаз модифікують активність клітинних білків (полімераз, ендонуклеаз, компонентів ядерної мембрани), відповідальних за фрагментацію ДНК в апоптозних клітинах. Активовані ферменти починають розщеплення ДНК з появою у місцях розривів трифосфонуклеотидів, викликають руйнування цитоплазмових білків. Клітина втрачає воду та зменшується, рН цитоплазми знижується. Клітинна мембрана втрачає свої властивості, клітина зморщується, утворюються апоптозні тільця. В основі процесу перебудови клітинних мембран лежить активація сирингомієлази, яка розщеплює сирингомієлін клітини з вивільненням кераміду, що активує фосфоліпаз А2. Відбувається накопичення продуктів арахідонової кислоти. Експресовані в ході апоптозу білки фосфатидилсерин і витронектин виводять на зовнішню поверхню клітини і сигналізують макрофагам, які здійснюють фагоцитоз апоптозних тілець.

Гомологами гена нематоди ced-9,визначального виживання клітин, у ссавців є сімейство протоонкогенів bcl-2.І bcl-2,і споріднений йому протеїн bcl-x-lпредставлені в мозку ссавців, де захищають нейрони від апоптозу при ішемічній дії, видаленні факторів росту, вплив нейротоксинів. in vivoі in vitro.Аналіз продуктів експресії bcl-2-генів виявив ціле сімейство bcl-2-споріднених білків, що включає як антиапоптозні (Bcl-2і Bcl-x-l),так і проапоптозні (Bcl-x-s, Bax, Bad, Bag)протеїни. Протеїни Ьах і bad мають гомологічну послідовність і формують гетеродимери з bcl-2і bcl-x-l in vitro.Для активності, що пригнічує смерть, bcl-2і bcl-x-lповинні сформувати димери з протеїном Ьах,а димери з протеїном bad посилюють смерть. Це дозволило зробити висновок про те, що bcl-2та споріднені молекули є ключовими детермінантами клітинного виживання або смерті в ЦНС. Молекулярно-генетичні дослідження встановили, що так

зване генне сімейство bcl-2,що складається з 16 генів з протилежними функціями, у людини картується на хромосомі 18. Антиапоптотичні ефекти дають шість генів сімейства, подібно до прабатька групи bcl-2;інші 10 генів підтримують апоптоз.

Про- та антиапоптотичні ефекти активованих продуктів експресії генів bcl-2реалізуються через модуляцію активності мітохондрії. Мітохондрія є ключовою фігурою апоптозу. Вона містять цитохром С, АТФ, іони Са 2+ та апоптозиндукувальний фактор (АІФ) – компоненти, необхідні для індукції апоптозу. Вихід цих факторів із мітохондрії відбувається при взаємодії її мембрани з активованими білками сімейства bcl-2,які прикріплюються до зовнішньої мембрани мітохондрії в місцях зближення зовнішньої та внутрішньої мембран - в області так званої пермеабілізаційної доби, що є мегаканалом діаметром до 2 нм. При прикріпленні білків bcl-2до зовнішньої мембрани мітохондрії мегаканали пори розширюються до 2,4-3 нм. Цими каналами в цитозоль клітини з мітохондрії надходять цитохром С, АТФ і АІФ. Антиапоптозні білки сім'ї bcl-2,навпаки, закривають мегаканали, перериваючи просування апоптотичного сигналу та захищаючи клітину від апоптозу. У процесі апоптозу мітохондрія не втрачає своєї цілісності і не зазнає руйнування. Цитохром С, що вийшов з мітохондрії, утворює комплекс з фактором, що ативує апоптотичну протеазу (APAF-l), каспазою-9 і АТФ. Даний комплекс є апоптосомою, в якій відбувається активація каспази-9, а потім основної «кілерної» каспази-3, що призводить до смерті клітини. Мітохондріальний сигнальний механізм є основним шляхом індукції апоптозу.

Іншим механізмом індукції апоптозу є передача проапоптотичного сигналу при зв'язку ліганду з рецепторами регіону клітинної смерті, що відбувається за допомогою білків адапторних FADD/MORT1, TRADD. Рецепторний шлях клітинної смерті значно коротший, ніж мітохондріальний: за допомогою адапторних молекул відбувається активація каспази-8, яка, у свою чергу, безпосередньо активує кілерні каспази.

Певні протеїни, такі як Р53, Р21 (WAF1),можуть сприяти розвитку апоптозу. Показано, що природний р53викликає апоптоз в пухлинних клітинних лініях та in vivo.Трансформація р53з природного типу в мутантну форму призводить до розвитку раку в багатьох органах внаслідок придушення апоптозу.

Дегенерація аксона

Після перерізання аксона в сомі нервової клітини розвивається так звана аксонна реакція, спрямовану відновлення аксона шляхом синтезу нових структурних білків. У сомі неушкоджених нейронів тільця Ніссля інтенсивно забарвлюються основним аніліновим барвником, який зв'язується з рибонуклеїновими кислотами рибосом. Однак під час аксонної реакції цистерни шорсткого ендоплазматичного ретикулуму збільшуються в обсязі, заповнюючись продуктами синтезу білка. Відбувається хроматоліз - дезорганізація рибосом, внаслідок якої фарбування тілець Нісля основним аніліновим барвником стає набагато слабшим. Тіло клітини набухає і округляється, а ядро ​​зміщується до одного боку (ексцентричне становище ядра). Всі ці морфологічні зміни - відбиток цитологічних процесів, що супроводжують посилений синтез білка.

Ділянка аксона дистальніше від місця перерізання відмирає. Протягом кількох днів ця ділянка і всі синаптичні закінчення аксона зазнають руйнування. Мієлінова оболонка аксона також дегенерує, її фрагменти захоплюються фагоцитами. Однак клітини нейроглії, що утворюють мієлін, не гинуть. Ця послідовність явищ одержала назву уоллерівської дегенерації.

Якщо пошкоджений аксон забезпечував єдиний або основний синаптичний вхід до нервової або ефекторної клітини, постсинаптична клітина може зазнати дегенерації і загинути. Добре відомий приклад - атрофія волокон кістякового м'яза після порушення їхньої іннервації мотонейронами.

Регенерація аксона

Після дегенерації пошкодженого аксона у багатьох нейронів може відростати новий аксон. Наприкінці проксимального відрізка аксон починає розгалужуватися [спрутинг (sprouting)- Розростання]. У ПНЗ новостворені гілки ростуть уздовж вихідного шляху загиблого нерва, якщо, звичайно, цей шлях доступний. У період уоллерівської дегенерації шванівські клітини дистальної частини нерва не тільки виживають, а й проліферують, шикуючись рядами там, де проходив загиблий нерв. «Конуси зростання» аксона, що регенерує, прокладають свої шляхи між рядами шваннівських клітин і в кінцевому підсумку можуть досягати своїх мішеней, реіннервуючи їх. Потім аксони ремієлінізуються шванівськими клітинами. Швидкість регенерації ограни-

чується швидкістю повільного аксонного транспорту, тобто. приблизно 1 мм/добу.

Регенерація аксонів у ЦНС має деякі відмінності: клітини олігодендроглії не можуть намітити шлях для зростання гілок аксона, оскільки в ЦПС кожен олігодендроцит мієлінізує безліч аксонів (на відміну від шваннівських клітин у ПНР, кожна з яких постачає мієлін лише один аксон).

Важливо, що хімічні сигнали по-різному діють на регенераційні процеси ЦНС і ПНС. Додаткова перешкода регенерації аксонів у ЦНС – гліальні рубці, що формуються астроцитами.

Синаптичний спрутинг, що забезпечує «посилення» існуючих нейрональних струмів та утворення нових полісинаптичних зв'язків, зумовлює пластичність нейрональної тканини та формує механізми, що беруть участь у відновленні порушених неврологічних функцій.

Трофічні чинники

Важливу роль розвитку ішемічного пошкодження тканини мозку грає рівень його трофічного забезпечення.

Нейротрофічні властивості притаманні багатьом протеїнам, у тому числі структурним білкам (наприклад, S1OOβ). У той же час максимально їх реалізують фактори росту, які являють собою різнорідну групу трофічних факторів, що складається щонайменше з 7 сімейств, - нейротрофіни, цитокіни, фібробластні фактори росту, інсулінзалежні фактори росту, сімейство трансформуючого фактора росту. (TGF-J3I),епідермальні фактори росту та інші, у тому числі ростовий протеїн 6 (GAP-6)4, тромбоцитзалежний фактор росту, гепаринзв'язаний нейротрофічний фактор, еритропоетин, макрофагальний колонієстимулюючий фактор та ін. (табл. 1.2).

Найбільш сильний трофічний вплив на всі основні процеси життєдіяльності нейронів мають нейротрофіни - регуляторні білки нервової тканини, які синтезуються в її клітинах (нейронах та глії). Вони діють локально - у місці вивільнення і особливо інтенсивно індукують розгалуження дендритів та зростання аксонів у напрямку клітин-мішеней.

До теперішнього часу найбільш вивчені три нейротрофіни, близькі один одному за структурою: фактор росту нервів (NGF), фактор росту, виділений з головного мозку (BDNF), та нейротрофін-3 (NT-3).

Таблиця 1.2.Сучасна класифікація нейротрофічних факторів

В організмі, що розвивається, вони синтезуються клітиною-мішенню (наприклад, м'язовим веретеном), дифундують у напрямку до нейрона, зв'язуються з молекулами рецепторів на його поверхні.

Пов'язані з рецепторами фактори росту захоплюються нейронами (тобто піддаються ендоцитозу) та транспортуються ретроградно у сому. Там вони можуть впливати безпосередньо на ядро, змінюючи утворення ферментів, відповідальних за синтез нейромедіаторів та зростання аксонів. Розрізняють дві форми рецепторів до факторів росту – низькоафінні рецептори та високоафінні рецептори тирозинкінази, з якими зв'язується більшість трофічних факторів.

В результаті аксон досягає клітини-мішені, встановлюючи з нею синаптичний контакт. Фактори зростання підтримують життя нейронів, які за їх відсутності не можуть існувати.

Трофічна дизрегуляція є одним із універсальних складових патогенезу ушкодження нервової системи. При позбавленні трофічної підтримки зрілих клітин розвивається біохімічна та функціональна дедиференціація нейронів зі зміною властивостей тканин, що іннервуються. Трофічна дизрегуляція позначається на стані макромолекул, що беруть участь у мембранному електрогенезі, активному іонному транспорті, синаптичній передачі (ферменти синтезу медіаторів, постсинаптичні рецептори) та ефекторній функції (м'язовий міозин). Ансамблі дедиференційованих центральних нейронів створюють осередки патологічно посиленого збудження, що запускає патобіохімічні каскади, що ведуть до загибелі нейронів за механізмами некрозу та апоптозу. Навпаки, при достатньому рівні трофічного забезпечення регрес неврологічного дефіциту після ішемічного пошкодження мозку часто спостерігається навіть при морфологічному дефекті, що залишився, спочатку його викликав, що свідчить про високу пристосовуваність мозкової функції.

Встановлено, що у розвитку недостатності трофічного забезпечення беруть участь зміни калієвого та кальцієвого гомеостазу, надлишковий синтез оксиду азоту, який блокує фермент тирозинкіназу, що входить до активного центру трофічних факторів, дисбаланс цитокінів. Одним із передбачуваних механізмів є аутоімунна агресія проти власних нейротрофінів та структурних нейроспецифічних білків, що мають трофічні властивості, яка стає можливою внаслідок порушення захисної функції гематоенцефалічного бар'єру.

Спинний мозок і двох симетричних половин, відмежованих друг від друга спереду - глибокої серединної щілиною, а ззаду - серединної борозеною. Спинний мозок характеризується сегментарною будовою; з кожним сегментом пов'язана пара передніх (вентральних) та пара задніх (дорсальних) корінців.

У спинному мозку розрізняють сіру речовину, розташовану в центральній частині, та білу речовину, що лежить по периферії.

Біла речовина спинного мозку є сукупністю поздовжньо орієнтованих переважно мієлінових нервових волокон. Пучки нервових волокон, що здійснюють зв'язок між різними відділами нервової системи, називаються трактами або провідними шляхами спинного мозку.

Сіра речовина на поперечному розрізі має вигляд метелика і включає передні, або вентральні, задні, або дорсальні, і бічні, або латеральні роги. У сірій речовині знаходяться тіла, дендрити та (частково) аксони нейронів, а також гліальні клітини. Основною складовою сірої речовини є мультиполярні нейрони.

Клітини, подібні за розмірами, тонкою будовою та функціональним значенням, лежать у сірій речовині групами, які називаються ядрами.

Аксони корінцевих клітин залишають спинний мозок у складі його передніх корінців. Відростки внутрішніх клітин закінчуються синапсами у межах сірої речовини спинного мозку. Аксони пучкових клітин проходять у білій речовині відокремленими пучками волокон, що несуть нервові імпульси від певних ядер спинного мозку до інших сегментів або у відповідні відділи головного мозку, утворюючи провідні шляхи. Окремі ділянки сірої речовини спинного мозку значно відрізняються одна від одної за складом нейронів, нервових волокон та нейроглії.

У задніх рогах розрізняють губчастий шар, желатинозну речовину, власне ядро ​​заднього рогу та грудне ядро ​​Кларка. Між задніми і бічними рогами сіра речовина вдається тяжами в біле, внаслідок чого утворюється його сіткоподібне розпушення, що отримало назву сітківки, або ретикулярної формації, спинного мозку.

Задні роги багаті на дифузно розташовані вставкові клітини. Це дрібні мультиполярні асоціативні та комісуральні клітини, аксони яких закінчуються в межах сірої речовини спинного мозку тієї ж сторони (асоціативні клітини) або протилежної сторони (комісуральні клітини).

Нейрони губчастої зони та желатинозної речовини здійснюють зв'язок між чутливими клітинами спинальних гангліїв та руховими клітинами передніх рогів, замикаючи місцеві рефлекторні дуги.

Нейрони ядра Кларка отримують інформацію від рецепторів м'язів, сухожиль і суглобів (пропріоцептивна чутливість) по товстим корінцевим волокнам і передають її в мозок.

У проміжній зоні розташовані центри вегетативної (автономної) нервової системи – прегангліонарні холінергічні нейрони її симпатичного та парасимпатичного відділів.

У передніх рогах розташовані найбільші нейрони спинного мозку, які утворюють значні за обсягом ядра. Це так само, як і нейрони ядер бічних рогів, корінцеві клітини, оскільки їх нейрит складають основну масу волокон передніх корінців. У складі змішаних спинномозкових нервів вони надходять на периферію та утворюють моторні закінчення у скелетній мускулатурі. Таким чином, ядра передніх рогів є моторними соматичними центрами.

Морфофункціональна організація спинного мозку

Спинний мозок – найдавніший відділ ЦНС хребетних. Він уже є у ланцетника, найпримітивнішого представника хордових.

Спинний мозок – каудальний відділ центральної нервової системи. Він міститься в хребетному каналі і має неоднакову довжину в різних представників хребетних.

У людини в каутальному відділі хребетного каналу збираються корінці каудальних відділів спинного мозку, утворюючи так званий хвіст кінський.

Спинний мозокхарактеризується сегментарною будовою. У спинному мозку виділяють шийний, грудний, поперековий, крижовий та куприковий відділи. Кожен відділ складається з кількох сегментів. Шийний відділвключає 8 сегментів (С 1 – С 8), грудний – 12 (Th 1 – Th 12), поперековий – 5 (L 1 – L 5), крижовий – 5 (S 1 – S 5) та куприковий – 1-3 ( З 1 - Co 3). Від кожного сегмента відходять дві пари корінців, які відповідають одному з хребців і покидають хребет через отвір між ними.

Розрізняють дорсальні (задні) та вентральні (передні) коріння. Дорсальні коріння утворені центральними аксонами первинних аферентних нейронів, тіла яких лежать у спинномозкових гангліях.

Вентральні коріння сформовані аксонами α- та γ-мотонейронів та немієлінізованими волокнами нейронів вегетативної нервової системи. Такий розподіл аферентних та еферентних волокон було встановлено незалежно один від одного в початку XIXстоліття Ч. Беллом (1811) та Ф. Мажанді (1822). Різний розподіл функцій у передніх і задніх корінцях спинного мозку отримав назву закону Белла-Мажанді. Сегменти спинного мозку та хребці відповідають одному метамеру. Нервові волокна пари задніх корінців йдуть як до свого метамеру, але й вище і нижче – у сусідні метамери. Шкірна область, де розподіляються ці чутливі волокна, називається дерматомом.

Кількість волокон у дорсальному корінці набагато більша, ніж у вентральному.

Нейронні структури спинного мозку.Центральну частину поперечного зрізу спинного мозку займає сіра речовина. Навколо сірої речовини розташовується біла речовина. У сірій речовині виділяють передні, задні та бічні роги, а в білому – стовпи (вентральні, дорсальні, латеральні тощо).

Нейрональний склад спинного мозку досить різноманітний. Вирізняють кілька видів нейронів. Тіла нейронів спинномозкових гангліїв знаходяться поза спинним мозком. У спинний мозок входять аксони цих нейронів. Нейрони спинномозкових гангліїв – це уніполярні чи псевдоуніполярні нейрони. У спинномозкових гангліях лежать тіла соматичних аферентів, що іннервують в основному скелетні м'язи. Тіла інших чутливих нейронів знаходяться в тканині та в інтрамуральних гангліях автономної нервової системи та забезпечують чутливість лише внутрішніх органів. Вони бувають двох типів: великі – діаметром 60-120 мкм та дрібні – діаметром 14-30 мкм. Великі дають мієлінізовані волокна, а дрібні – мієлінізовані та немієлінізовані. Нервові волокна чутливих клітин за швидкістю проведення та діаметром класифікуються на А-, В- та С-волокна. Товсті мієлінізовані А-волокнадіаметром від 3 до 22 мкм та швидкістю проведення від 12 до 120 м/с поділяються на підгрупи: альфа-волокна – від м'язових рецепторів, бета-волокна – від тактильних та барорецепторів, дельта-волокна – від терморецепторів, механорецепторів та больових рецепторів. До волокнам групи Ввідносять мієлінізовані волокна середньої товщини зі швидкістю проведення збудження 3-14 м/с. За ними переважно передається відчуття болю. До аферентам типу Свідносять більшість безмієлінових волокон товщиною не більше 2 мкм та швидкістю проведення до 2 м/с. Це волокна, які йдуть від больових, хемо- та деяких механорецепторів.

У сірій речовині спинного мозку виділяють такі елементи:

1) еферентні нейрони (мотонейрони);

2) вставні нейрони;

3) нейрони висхідних трактів;

4) інтраспінальні волокна чутливих аферентних нейронів.

Моторні нейронизосереджені в передніх рогах, де вони утворюють специфічні ядра, всі клітини яких посилають свої аксони до певного м'яза. Кожне рухове ядро ​​тягнеться зазвичай протягом декількох сегментів, тому і їх аксони, які іннервують один і той же м'яз, залишають спинний мозок у складі кількох вентральних корінців.

У проміжній зоні сірої речовини локалізуються вставні нейрони. Їхні аксони поширюються як усередині сегмента, так і в найближчі сусідні сегменти. Вставні нейрони- Різнорідна група, дендрити і аксони якої не залишають меж спинного мозку. Вставні нейрони утворюють синаптичні контакти тільки з іншими нейронами та їх більшість. Перед вставкових нейронів припадає близько 97% від усіх нейронів. За розмірами вони менші за α-мотонейрони, здатні до високочастотної імпульсації (вище 1000 в сек.). Для пропріоспінальних вставних нейронівхарактерна властивість посилати довгі аксони через кілька сегментів та закінчуватися на мотонейронах. Разом про те ці клітини конвергують волокна різних низхідних трактів. Тому вони є релейними станціями на шляху від нейронів до мотонейронів. Особливу групу вставних нейронів утворюють гальмівні нейрони. До них відносяться, наприклад, клітки Реншоу.

Нейрони висхідних трактівтакож повністю перебувають у межах ЦНС. Тіла цих нейронів розташовані у сірій речовині спинного мозку.

Центральні закінчення первинних аферентівмають свої особливості. Після вступу в спинний мозок аферентне волокно, як правило, дає початок висхідній і низхідній гілкам, які можуть йти на значні відстані по спинному мозку. Кінцеві розгалуження одного нервового аферентного волокна мають численні синапси одному мотонейроні. Крім того, встановлено, що одне волокно, що йде від рецептора розтягування, утворює синапс майже з усіма мотонейронами даного м'яза.

У дорсальній частині дорсального рогу знаходиться желатинозна субстанція Роланда.

Найточніше уявлення про топографію нервових клітин сірої речовини спинного мозку дає поділ його на послідовні шари або пластини, у кожній з яких групуються, як правило, однотипні нейрони.

Згідно з цими даними, вся сіра речовина спинного мозку була поділена на 10 пластин (Рексед) (рис. 2.2).

I – крайові нейрони – дають початок спиноталамічному тракту;

II-III – желатинозна субстанція;

I-IV – загалом первинна сенсорна область спинного мозку (аферентація від екстерорецепторів, аферентація від рецепторів шкірної та больової чутливості);

Рис. 2.2.Розподіл сірої речовини спинного мозку на пластини (за Рекседом)

V-VI - локалізуються вставні нейрони, які отримують входи від задніх корінців і низхідних шляхів (кортико-спінальний, рубро-спінальний);

VII-VIII – розташовуються пропріоспінальні вставкові нейрони (від пропріорецепторів, волокон вестибуло-спінального та ретикуло-спі-
ного трактів), аксони пропріоспінальних нейронів;

IX – містить тіла α- та γ-мотонейронів, пресинаптичні волокна первинних аферентів від м'язових рецепторів розтягування, закінчення волокон низхідних трактів;

X - оточує спинномозковий канал і містить поряд з нейронами значну кількість гліальних клітин та комісуральних волокон.

Властивості нервових елементів спинного мозку.Спинний мозок людини містить приблизно 13 мільйонів нейронів.

α-мотонейрони – великі клітиниз довгими дендритами, що мають до 20 000 синапсів, більша частина яких утворена закінченнями інтраспінальних вставних нейронів. Швидкість проведення їх аксону становить 70-120 м/с. Характерні ритмічні розряди із частотою не вище 10-20 імп/с, що пов'язано з вираженою слідовою гіперполяризацією. Це вихідні нейрони. Вони здійснюють передачу сигналів скелетним м'язовим волокнам, вироблених у спинному мозку.

γ-мотонейрони – дрібніші клітини. Діаметр їх трохи більше 30-40 мкм, вони мають безпосереднього контакту з первинними аферентами.
γ-мотонейрони іннервують інтрафузальні (внутрішньоверетенні) м'язові волокна.

Вони моносинаптично активуються волокнами низхідних трактів, що відіграє важливу роль в α-, γ-взаємодії. Швидкість проведення за аксоном нижче – 10-40 м/с. Частота імпульсів вища, ніж у α-мото-
нейронів, - 300-500 імп/с.

У бічних і передніх рогах знаходяться прегангліонарні нейрони вегетативної нервової системи – аксони їх спрямовуються до клітин гангліїв симпатичного нервового ланцюжка та інтрамуральних ганглій внутрішніх органів.

Тіла симпатичних нейронів, аксони яких утворюють преганглионарные волокна, розташовуються в интермедиолатеральном ядрі спинного мозку. Їхні аксони відносяться до групи В-волокон. Їм властива стала тонічна імпульсація. Одні з цих волокон беруть участь у підтримці судинного тонусу, інші забезпечують регуляцію вісцеральних эффекторных структур (гладкої мускулатури травної системи, залозистих клітин).

Тіла парасимпатичних нейронів утворюють крижові парасимпатичні ядра. Вони розташовуються у сірій речовині крижового відділу спинного мозку. Для багатьох їх характерна фонова імпульсна активність, частота якої зростає, наприклад, у міру підвищення тиску в сечовому міхурі.

Являє собою сплощений тяж, розташований у спинномозковому каналі, довжиною близько 45 см у чоловіків та 42 см у жінок. У місцях виходу нервів до верхніх і нижніх кінцівок спинний мозок має два потовщення: шийне та поперекове.

Спинний мозок складається з двох типів тканини: зовнішнього білого (пучки нервових волокон) та внутрішньої сірої речовини (тіла нервових клітин, дендрити та синапси). У центрі сірої речовини вздовж усього мозку проходить вузький канал із цереброспінальною рідиною. Спинний мозок має сегментарна будова(31-33 сегменти), кожна його ділянка пов'язана з певною частиною тіла, від сегментів спинного мозку відходить 31 пара спинномозкових нервів: 8 пар шийних (Ci-Cviii), 12 пар грудних (Thi-Thxii), 5 пар поперекових (Li-Lv), 5 пар крижових (Si-Sv) і пара куприкових (Coi-Coiii).

Кожен нерв при виході з мозку поділяється на передні та задні коріння. Задні коріння- Аферентні шляхи, передні коріння еферентні шляхи. По задніх корінцях спинномозкових нервів у спинний мозок надходять аферентні імпульси від шкіри, рухового апарату, внутрішніх органів. Передні коріння утворені руховими нервовими волокнамита передають еферентні імпульси на робочі органи. Чутливі нерви переважають над руховими, тому відбувається первинний аналіз аферентних сигналів, що надходять, і формування реакцій найбільш важливих для організму в даний момент (передача численних аферентних імпульсів на обмежену кількість еферентних нейронів називається конвергенція).

Загальна кількість нейронів спинного мозкустановить близько 13 млн. Їх поділяють: 1) по відділу нервової системи – нейрони соматичної та вегетативної НС; 2) за призначенням - еферентні, аферентні, вставні; 3) за впливом – збуджуючі та гальмівні.

Функції нейронів спинного мозку.

Еферентні нейронивідносяться до соматичної нервової системи та іннервують скелетні м'язи – мотонейрони. Розрізняють альфа та гама – мотонейрони. А-мотонейрониздійснюють передачу скелетним м'язам сигналів зі спинного мозку. Аксони кожного мотонейрона багаторазово діляться, тому кожен із них охоплює безліч м'язових волокон, утворюючи з ним рухову моторну одиницю. Г-мотонейрониіннервують м'язові волокна м'язового веретену. Вони мають високу частоту імпульсації, отримують інформацію про стан м'язового веретена через проміжні нейрони (вставні). Генерують імпульси з частотою до 1000 сек. Це фоноактивні нейрони, що мають на своїх дендритах до 500 синапсів.

Аферентні нейронисоматичної СР локалізуються в спинальних гангліях та гангліях черепно-мозкових нервів. Їхні відростки проводять імпульсацію від м'язових, сухожильних, шкірних рецепторів, вступають у відповідні сегменти спинного мозку і з'єднуються синапсами зі вставними або альфа-мотонейронами.

Функція вставних нейронівполягає у організації зв'язку між структурами спинного мозку.

Нейрони вегетативної нервової системиє вставними . Симпатичні нейронирозташовані у бічних рогах грудного відділу спинного мозку, вони мають рідкісну частоту імпульсації. Одні беруть участь у підтримці судинного тонусу, інші у регуляції гладкої мускулатури травної системи.

Сукупність нейронів утворює нервові центри.

У спинному мозку знаходяться центри регулювання більшості внутрішніх органів та скелетної мускулатури.Центри управління скелетною мускулатуроюзнаходяться у всіх відділах спинного мозку та іннервують за сегментарним принципом скелетну мускулатуру шиї (Сi-Сiv), діафрагми (Ciii-Cv), верхніх кінцівок (Cv-Thii), тулуба (Thiii-Li), нижніх кінцівок (Lii-Sv). При пошкодженні певних сегментів спинного мозку або його шляхів, що проводять, розвиваються специфічні рухові порушення і розлади чутливості.

Функції спинного мозку:

А) забезпечує двосторонній зв'язок між спинномозковими нервами та головним мозком – провідникова функція;

Б) здійснює складні рухові та вегетативні рефлекси – рефлекторна функція.