Особый интерес, с точки зрения физиологии ЦНС, имеет процесс внутриклеточного транс-порта, передачи информации, сигнала в аксоне нервной клетки. Диаметр аксона нервной клетки составляет всего несколько микронов. В то же время длина аксона достигает в отдельных случаях 1 м. Каким же образом обеспечивается постоянная и высокая скорость транспорта по аксону?
Для этого используется специальный аксонный транспортный механизм, который подразделяется на быстрый и медленный .
Во-первых, следует иметь в виду, что быстрый транспортный механизм является антеро-градным , т.е. направленным от тела клетки к аксону.
Во-вторых, основным “средством передвижения” для быстрого аксонного транспорта являются пузырьки (везикулы) и некоторые структурные образования клетки (например, митохондрии), которые содержат вещества, предназначенные для транспортировки. Такие частицы совершают короткие быстрые движения, что соответствует приблизительно 5 мкм с(-1). Быстрый аксонный транспорт требует значительной концентрации энергии АТФ.
В-третьих, медленный аксонный транспорт перемещает отдельные элементы цитоскелета: тубулин и актин. Например, тубулин как элемент цитоскелета, движется по аксону со скоростью около 1 мм сут(-1). Скорость медленного аксонного транспорта примерно равна скорости роста аксона.
Важное значение для понимания физиологии ЦНС имеют процессы регуляции воздействий на клеточную мембрану. Основным механизмом такой регуляции является изменение мембранного потенциала. Изменения мембранного потенциала осуществляются за счет воздействия соседних клеток или изменения внеклеточной концентрации ионов.
Наиболее значимым регулятором мембранного потенциала является внеклеточное вещество во взаимодействии со специфическими рецепторами на плазматической мембране. К таким внеклеточным веществам относятся синаптические медиаторы, которые передают информацию между нервными клетками.
Синаптические медиаторы представляют собой небольшие молекулы, выделяющиеся из нервных окончаний в области синапса. Достигая плазматической мембраны другой клетки, они запускают электрические сигналы или другие регуляторные механизмы (рис. 6).
Рис. 6. Схема выброса медиаторов и процессов, происходящих в синапе
Кроме того, во внеклеточном пространстве свободно перемещаются отдельные химические агенты (гистамин, простагландин), которые быстро разрушаются, но оказывают локальное действие: вызывают кратковременное сокращение гладкомышечных клеток, увеличивают проницаемость сосудистого эндотелия, вызывают ощущение зуда и т.п. Отдельные химические агенты способствуют факторам роста нервов. В частности, для роста и выживания симпатических нейронов.
По сути дела в организме существует две системы передачи информации: нервная и гормональная (подробно см. юниту 2).
Волокна группы А альфа
(диаметр -13-22 мкм, скорость – 60- 120 м/с, длительность ПД- 0,4-0,5 мс)
1). эфферентные волокна, проводящие
возбуждение к скелетным мышцам от альфа-мотонейронов
2) афферентные волокна, проводящие возбуждение от мышечных рецепторов в ЦНС
Волокна группы А бета
(диаметр – 8-13- мкм, скорость – 40- 70 м/с, длительность ПД- 0,4 -0,6 мс)
1. Афферентные волокна, проводящие
возбуждение от рецепторов прикосновения и сухожильных рецепторов в ЦНС
Волокна группы А гамма
(диаметр – 4-8 мкм, скорость – 15- 40 м/с, длительность ПД- 0,5 -0,7 мс)
1) эфферентные волокна к мышечным веретенам от гамма-мотонейрнов
2). афферентные волокна, проводящие
возбуждение от рецепторов прикосновения и давления в ЦНС
Волокна группы В
(диаметр – 1-3 мкм, скорость -3-14 м/с, длительность ПД- 1,2 мс)
Это – преганглионарные волокна вегетативной нервной системы
Волокна группы С
(диаметр – 0,5-1,0 мкм, скорость -0,5-2,0 м/с, длительность ПД- 2,0 мс)
1.постганглионарные волокна ВНС
2.афферентные волокна, проводящие возбуждение от рецепторов боли, давления и тепла в ЦНС
Аксонный транспорт. Быстрый аксонный транспорт. Медленный аксонный транспорт.
Аксонный транспорт - это перемещение веществ по аксону. Белки, синтезированные в теле клетки, синаптические медиаторные вещества и низкомолекулярные соединения перемещаются по аксону вместе с клеточными органеллами, в частности, митохондриями. Для большинства веществ и органелл обнаружен также транспорт в обратном направлении. Вирусы и токсинымогут проникать в аксон на его периферии и перемещаться по нему. Аксонный транспорт - активный процесс. Различают
быстрый аксонный транспорт и медленный аксонный транспорт.
Медленный аксонный транспорт - транспорт крупных молекул, в этом случае, видимо, сам транспортный механизм не является более медленным, но переносимые вещества время от времени попадают в клеточные компартаменты, не участвующие в транспорте. Так, митохондрии перемещаются иногда со скоростью быстрого транспорта, затем останавливаются или меняют направление движения, в результате получается медленный транспорт.
Скорость быстрого аксонного транспорта составляет 410 мм/день. Такая скорость обнаружена во всех нейронах теплокровных животных, независимо от вида переносимых молекул.
Во многих случаях транспорт органелл в клетке зависит от микротрубочек Микротрубочки в аксоне характеризуются относительной стабильностью по сравнению с другими клетками. Вероятно, это происходит за счет высокого содержания MAP , которые способны стабилизировать микротрубочки. Кроме того, этому способствует образование пучков микротрубочек с помощью различных ассоциированных белков.
Выделяют два основных вида транспорта: прямой (антероградный) – от тела клетки по отросткам к их периферии и обратный (ретроградный) – по отросткам нейрона к телу клетки
В нейроне, как и в других клетках организма, постоянно происходят процессы распада молекул, органоидов, других компонентов клетки. Их необходимо постоянно обновлять. Нейроплазматический транспорт важен для обеспечения электрических и неэлектрических функций нейрона, для осуществления обратной связи между отростками и телом нейрона. При повреждении нервов необходима регенерация поврежденных участков и восстановление иннервации органов.
Разнообразные вещества транспортируются по отросткам нейрона с разной скоростью, в разных направлениях и с использованием разных механизмов транспорта. Выделяют два основных вида транспорта: прямой (антероградный) – от тела клетки по отросткам к их периферии и обратный (ретроградный) – по отросткам нейрона к телу клетки (табл. 1).
В осуществлении транспортных процессов в нейроне участвуют пять групп «моторных» белков, тесно связанных с цитоскелетной сетью. В их состав входят такие белки как кинезины, денеины и миозины.
В осуществлении транспортных процессов в нейроне участвуют пять групп т.н. «моторных» молекул (Рис. xx).
Механизмы аксонного и дендритного транспорта
Прямой аксональный транспорт осуществляют моторные молекулы, связанные с системой цитоскелета и плазматической мембраной. Моторная часть молекул кинезина или денеина связывается с микротрубочкой, а хвостовая ее часть – с транспортируемым материалом, с аксональной мембраной или с соседними элементами цитоскелета. В обеспечении транспорта по отросткам принимают участие и ряд вспомогательных белков (адапторов), ассоциированных с кинезином или денеином. Все процессы идут со значительной затратой энергии.
Обратный (ретроградный) транспорт.
В аксонах основным механизмом обратного транспорта является система денеиновых и миозиновых моторных белков. Морфологическим субстратом этого транспорта являются: в аксоне – мультивезикулярные тела и сигнальные эндосомы, в дендритах – мультивезикулярные и мультиламеллярные тела.
В дендритах обратный транспорт осуществляется молекулярными комплексами не только денеина, но и кинезина. Это связано с тем, что (как указывалось ранее) в проксимальных участках дендритов микротрубочки ориентированы во взаимопротивоположном направлении, а транспортировку молекул и органоидов к «+ » – концу микротрубочек осуществляют только кинезиновые комплексы. Как и в случае прямого транспорта, разные компоненты и вещества транспортируются ретроградно в разных нейронах с разной скоростью, и, по – видимому, разными способами.
Большую роль в транспортных процессах в нейроне играет гладкий эндоплазматический ретикулум. Показано, что по всей длине отростков нейрона распространяется непрерывная разветвленная сеть цистерн гладкого ретикулума. Концевые ветвления этой сети проникают в пресинаптические участки синапсов, где от них отшнуровываются синаптические пузырьки. Именно по его цистернам быстро транспортируются многие медиаторы и нейромодуляторы, нейросекреты, ферменты их синтеза и распада, ионы кальция и другие компоненты аксотока. Молекулярные механизмы этой разновидности транспорта пока не ясны.
Любой нейрон имеет только один аксон – как правило длинный и мало ветвистый. Он может быть покрыт миелиновой оболочкой с перехватами Ранвье. Она в десятки раз ускоряет проведение возбуждения по аксону.
Долгое время уделяли мало внимания строению аксоплазмы аксона. Был проведен эксперимент: если аксон перетянуть, то над перетяжкой формируется наплыв, расширение аксоплазмы. Изучение структуры аксона показало, что внутри находится ЦИТОСКЕЛЕТ, состоящий из МИКРОТРУБОЧЕК (диаметр 20-30 нм), НЕЙРОФИЛАМЕНТОВ (диаметр 10 нм) и МИКРОФИЛАМЕНТОВ (диаметр 5 нм).
МИКРОТРУБОЧКИ есть и в дендритах и в аксоне, но в аксоне их значительно больше. Они не ветвятся, имеет разную длину, начинаются в соме и прокладывают себе путь в аксоплазме к окончанию аксона, т.е. к аксонной терминали. В стенках микротрубочек находятся белки, похожие на тубулин, содержащийся в мышечных волокнах и участвующий в сокращении. Белок КИНЕЗИН обеспечивает транспорт веществ от сомы к аксонной терминале (АНТЕРОГРАДНЫЙ), а белок ДИНЕИН – обратный РЕТРОГРАДНЫЙ ТРАНСПОРТ. По нейро- и микрофиламентам также происходит транспорт, но пассивный, а не за счет сокращения их стенок.
Существует БЫСТРЫЙ и МЕДЛЕННЫЙ АКСОНАЛЬНЫЙ ТРАНСПОРТ. БЫСТРЫЙ – 200-400 мм в сутки, а медленный – 2-4 мм в сутки. Транспортируются белки, липиды, ферменты, медиаторы, которые могут синтезироваться и в соме и в аксонной терминале. Такой транспорт обеспечивает и жизнеспособность и функции нейрона. Если аксон обработать КОЛХИЦИНОМ, блокируются белки кинезин и динеин и быстрый аксональный транспорт прекращается. Постепенно прекращается и функция аксона. Но медленный сохраняется и прекращается только после перерезки аксона.
Аксональный транспорт включается в некоторые патологические процессы. При недостатки ВИТАМИНА В1 возникает БЕРИБЕРИ, и нарушается антероградный транспорт, приводящий к параличам.
При ПОЛИОМИЕЛИТЕ РЕТРОГРАДНО перемещается с аксоплазмой вирус, вызывающий болезнь, к телам мотонейров, разрушает их и также наступает частичный паралич. РЕТРОГРАДНЫЙ транспорт ПЕРОКСИДАЗЫ ХРЕНА позволил уточнить электрофизиологически доказанные нервные связи между различными структурами мозга.
Таким образом – выражение «ПОШЕВЕЛИТЬ МОЗГАМИ» имеет под собой все основания.
Чем отличаются АКСОНЫ и ДЕНДРИТЫ:?
А ЧЕМ ЖЕ ЗАКАНЧИВАЕТСЯ АКСОН?Аксонной терминалью!
Билет 6
7) Почему необходимы эксперименты на животных? Экстирпация – самый древний метод изучения функций мозга. Хирургические методы лечения мозга
Очень часто изучение причин, механизмов да и способов лечения того или иного заболевания связано с инвазивным воздействием на организм, с экспериментальным исследованием нового метода лечения и применения нового лекарственного препарата. Но это невозможно осуществлять на человеке – ни на здоровом, ни на больном.
Но медицина развивается, создаются новые приборы, например, недавний метод стентирования сосудов сердца. Конечно, сначала этот метод должен был быть отработан на животных. Очень частое заболевание – поражение клапанов сердца, которые управляют потоками крови в сердце. Если клапан не работает, это грозит остановкой сердца и гибелью больного. Нужен новый клапан. Но его надо придумать, надо создать и надо применить. На ком? На больном человеке? Конечно, нужен эксперимент, причем сердце должно быть похожим на сердце человека. Как правило, приходится прибегать к эксперименту на взрослых больших собаках. И никакое компьютерное моделирование при этом не поможет: невозможно учесть все особенности сложного организма. Клиницисты вместе с инженерами и программистами постоянно совершенствуют клапаны, значит нужна следующая проверка и опять эксперимент на животном. Искусственная почка, пересадка органов, искусственные сосуды – все это насущные вопросы медицины, и они должны решаться, так как методы должны совершенствоваться, становиться более безопасными.
Космос не может обойтись без экспериментальных полетов в Космос: сначала полетели крысы, затем Белка и Стрелка, затем обезьяны и только потом – человек.
Основополагающие закономерности возникновения возбуждения и торможения в нервных клетках, механизмы проведения возбуждения сначала были получены на гигантских аксонах кальмаров – на этих данных и сейчас строятся наши представления о важнейших процессах, протекающих в нервной системе человека.
Кафедра Психофизиологии факультета психологии –многие годы была передовой в исследованиях закономерностей взаимодействия нейронов в нервных ганглиях – улитки . Полученные знания помогли приблизиться к пониманию, как происходит взаимодействие в нервных сетях высших животных и человека.
И, наконец, фармакология – ежегодно синтезируются все новые и новые препараты, и прежде чем они будут испытаны на человека в доклинических исследованиях, происходит их проверка на животных и, в первую очередь, на сердце лягушки , затем, если результат положительный, на крысах, кроликах, обезьянах и только после этого – на добровольцах – людях.
Но есть жесткие правила работы с животными. За рубежом надо пройти месячные курсы, чтобы тебя допустили до работы с животным. Очень жесткие требования к обезболиванию и выстраивается такая градация: если серию экспериментов можно провести не на собак е или кошке, а на кролике - проводят на кролике, если можно взять в эксперимент не кролика, а крысу , работают на крыса, причем конечно на лабораторных, выращенных в специальных питомниках, которые не приспособлены к жизни в природе. Они не так умны и сообразительны как дикие животные, но в экспериментах чаще всего используют именно их.
О необходимости доклинической проверки препаратов окончательно был решен вопрос в 70-е годы. Был синтезирован новый успокаивающий и снотворный препарат толидомид , он казался совершенно безопасным и его рекомендовали беременным женщинам. В результате родилось много детей с неразвитыми конечностями. Препарат оказался тератогенным, т.е. оказывающим патологическое влияние на потомство. В настоящее время ни один препарат не допускается до клинических испытаний, если не проведены его исследования на тератогенность, как правило, на кроликах.
Самый древний метод, применявшийся еще в доисторические времена – это экстирпация , т.е. удалений какого-то участка ЦНС и наблюдение за тем, какие функции будут нарушены. До мозга надо добраться и сначала необходима трепанация черепа- необходимо сделать «окно» в черепе. Уже древние цивилизации были знакомы с трепанацией, но делали это или для изгнания злых духов, завладевших душевнобольным, или для извлечения «камня глупости». Инструменты разные –трепаны, пилки, кусачки, бормашина.
Можно удалить таламус, мозжечок, ядра гипоталамуса или любую другую структуру, но необходимо учитывать, с какими структурами она связана, так как патологические последствия могут быть результатом не только удавления исследуемой структуры, но и нарушение тех областей мозга, с которыми связана и совместно работало удаленное образование (например –таламус-кора). Поэтому трудно разрушить локально только какую-то определенную структуру, так как все они в мозге взаимосвязаны.
Наиболее доступной для экстирпации являетсянеокортекс , и поэтому первой исследовалась роль коры больших полушарий. В конце Х1Х в. считалось, что кора больших полушарий отвечает за все функции организма и без нее человек и животное жить не может. В 1888 году Гольц сумел удалить у собаки всю кору больших полушарий, но главное – собака осталась живой. Естественно, многие функции были нарушены: животное не видело, не слышало, не могло двигаться, не отзывалось на кличку, глотало только пищу, помещенную в рот, но все вегетативные функции (пищеварение, выделение, дыхание и др.) сохранились. Таким образом, было уточнено, за какие функции организма неокортекс не отвечает.
1893 год. ИмяЛючиани связано с исследованием функций мозжечка. Он также хорошо доступен для удаления, причем Лючиани удалял поочередно полушария мозжечка, их разные участки, червь мозжечка и проводил тщательное наблюдение за теми изменениями в двигательной активности животных после удаления того или иного отдела мозжечка. Полученные наблюдения он тщательно конспектировал и сейчас врач, по изменения двигательной активности больного может определить, какая часть мозжечка повреждена.
Но все-таки и физиологи, и медики, и психологи вели поиск тех областей мозга, которые участвуют в интеллектуальных процессах . Поскольку это наиболее сложная задача для ЦНС, значит ее и должна выполнять структура, имеющая самое сложное строение, получающая информацию от всех отделов ЦНС. С этой точки зрения началось тщательное исследование неокортекса. Были выявлены сенсорные зоны коры, которые участвуют в обработке и созданию зрительных, обонятельных, слуховых и др. образов. Были открыты, описаны и исследованы моторные зоны коры, которые обеспечивают произвольные движения. Таким образом, 1/4 поверхности неокортекса обеспечивает сенсомоторную функцию. Из оставшихся 3/4 поверхности коры больших полушарий занимают лобные доли . В ходе эволюции ни одна из областей мозга так не увеличена у человека по сравнению с животными, как лобные доли. Именно они дали человеку «высокий» лоб, который, как правило, ассоциируется с более мощным интеллектом. Первыми к этому выводу пришли художники, поэты, философы, которые провозгласили, что именно большие лобные доли обеспечивают умственное превосходство человека над животными. И как часто бывает в истории науки, существенный поворот начался после случайного обнаружения фактов, противоречащих этому утверждению.
Событие: Финеас Гейдж – 1848 год. Старший мастер на строительстве железной дороги. Стержень – длина около 1 м, диаметр 3 см, вес 6 кг. Час без сознания. Прожил еще 12 лет с сохраненным интеллектом, но с измененной личностью.
Анализ подобных клинических случаев с разрушенными или оперированными лобными долям и более тщательное исследование их функций показал, что они не влияют – на пищеварение, дыхание, и другие вегетативные функции. После операции не происходит нарушения умственной деятельности, память сохраняется, но трудно таким больным оперировать одновременно с несколькими понятиями, трудно составлять суждение об абстрактных понятиях. И особенно резко меняется личность .
Стало ясно, что далеко не все вопросы можно решить в клинике, а необходимы эксперименты, причем на человекообразных обезьянах – шимпанзе. Изучали способность к обучении до и после удаления лобных долей. Если удаляли одну долю, обучение не изменялось, но при удалении обеих долей был получен очень важный, хотя казалось побочный материал. Обучение изменялось незначительно, но если до операции каждая ошибка сопровождалась у шимпанзе приступами ярости, то после операции животное было совершенно равнодушно к результатам эксперимента – получит или нет вознаграждение. Так появилась операция лоботомии .
Результаты исследования историй болезни и результаты по лоботомии на обезьянах были доложены в 1935 г. на Международной неврологической конференции в Лондоне. И тогда началось повсеместное внедрение этой операции у больных с нарушением психики и проявлениями агрессии. Первым 20 операций провел уже в 1936 г. Эгаш Мониш в Лиссабоне. Он не удалял лобные доли, а пересекал связи между ними и другими отделами (лейкотомия ). Операции поведены были на очень агрессивных больных шизофренией, которые должны были быть изолированы от людей. После операции больные становились неопасными, послушными, уходило постоянное напряжение, озабоченность, но наступала апатия, тупость, медлительность, потеря интереса к жизни . Даже боль не вызывала раздражения.
К сожалению, в настоящее время приходится прибегать к оперативному удалению лобных долей в связи с опухолью, постинсультного тромбоза, гельминтозной инвазии. После операции у больных наблюдается стойкая персеверация – настойчивость в выполнении начатого действия: плюс минус плюс минус плюс минус
Здоровый + - + - + -
Больной + - - - - -
Больной задание понимает, но не может остановиться и изменить свое действие. Больные с поврежденными лобными долями с трудом изменяют поведение в соответствии с изменениями внешних обстоятельств. Обстоятельства меняются, а поведение – нет . Больные гиперактивны, гиперреактивны и отличаются сильной отвлекаемостью.
Таким образом, лобные доли играют главную роль в выборе стратегии поведения. Они вносят равновесие между эмоциями и интеллектом, что удерживает человека от поступков, которые противоречат его интересам .
Сейчас – экстирпация применяется с целью удаления участков мозга, которые включаются в патологический процесс, вызывающий эпилепсию или болезнь Паркинсона.
1919 год –в диссертации Третьякова впервые приводятся данные о взаимосвязи болезни Паркинсона с недостатком нейронов черной субстанции среднего мозга.
Через 40 лет было доказано, что болезнь Паркинсона связана с недостатком дофамина – медиатор клеток черной субстанции. При их отсутствии прекращаются тормозные влияния черной субстанции через таламус на моторную зону коры больших полушарий и начинается тремор и скованность. Лечение – дофамин-L-Дофа – ГЭБ, и все-таки часто приходится оперировать-разрушают вентро-латеральное ядро таламуса , через которое избыточная импульсация из бледного шара, черной субстанции, красного ядра, мозжечка, вестибулярного аппарата поступает в моторную кору больших полушарий, вызывая расстройства тонуса и движений из-за тремора и скованности.
Наиболее тяжелой формой эпилепсии является височная, которая возникает при повреждении миндалины или гиппокампа – структур с повышенной судорожной готовностью. После инфекциями может возникнуть ФОКУС эпилептической активности и его надо разрушить. Если фокус эпилепсии возникает в гиппокампе – приходится удалять большую часть височной доли. При хорошем результате число припадков резко снижается или они прекращаются, и, что очень важно, можно применять меньшие дозы противоэпилептических препаратов, так как они токсичны.
16) Строение и функции эфферентных и промежуточных нейронов, роль мембраны сомы. Дендриты - рецептивное поле нейрона. Роль шипиков. 1.Эфферентные: Особенности строения: разнообразные формы сом, мембрана сомы- обработка сигналов и формирование ответа –возбуждение или торможение, дендриты - много, короткие, ветвистые. Аксон – длинный, маловетвистый, миелиновая оболочка, аксонная терминаль. Такое же строение имеют и ВСТАВОЧНЫ Е нейроны, но отличия в функции: эфферентные передают информацию из ЦНС к органам эффекторам, а вставочные – от афферентов к эфферентным нейронам. Больше всего в ЦНС вставочных нейронов и их отростки не выходят за пределы ЦНС, а отростки афферентных и эфферентных нейронов образуют периферические нервы.
Важнейшая роль принадлежит ДЕНДРИТАМ. ДЕНДРИТЫ - это огромное РЕЦЕПТИВНОЕ ПОЛЕ эфферентных и вставочных нейронов. Они занимают 90% площади нейрона и их роль – восприятие информации от других нейронов. Число нейронов не увеличивается после окончания формирования ЦНС. Тогда, за счет чего происходит развитие, усложнение, совершенствование, обучение? При травме, гипоксии может разветвляться аксонная терминаль (арборизация), но это мало помогает. Важнейшую роль в развитии нервной системы играют дендриты и, в первую очередь, ШИПИКИ. При увеличении числа дендритов их сеть становится гуще и разветвленнее, значит, нейрон получает больше информации, и большим числом нейронов может обмениваться информацией, взаимодействовать. Значит, сложнее становятся нервные сети и все более трудные задачи может решать нервная система.
Наиболее четкое и быстрое взаимодействие между нейронами происходит с участием шипиков, которые формируются уже в период эмбриогенеза. Впервые шипики описал Рамон-и-Кахал. Это морфо-функциональные образования: есть морфологическая структура с шипиковым аппаратом. Но шипики могут при неблагоприятных обстоятельствах погибать, исчезать. Для их созревания в период внутриутробного развития и после рождения необходимо поступление в мозг АФФЕРЕНТАЦИИ (пример со щенками – лишение, депривация зрительных сигналов приводит к недоразвитию шипиков в зрительной коре).
Образование новых шипиков отражает образование новых межклеточных контактов, а это облегчает обучение. На прижизненных микрофотографиях мозга мыши видно, как шипики меняются в течение 4 дней, И чем активнее животное, тем больше этих изменений.
У 5-ти месячного плода человека шипиков мало, они еле заметны. У новорожденных дендриты утолщаются и шипики более выражены. Особенно заметно прогрессивное развитие шипиков у 8-ми месячного ребенка.
Шипики чувствительны как к внешним воздействиям, так и к функциональному состоянию нервной системы. Их число уменьшается не только при депривации той или иной информации, но и при гипоксии, судорогах, нарушении кровоснабжения мозга, алкогольном и наркотическом отравлениях. Генетически обусловленные заболевания также приводят к нарушению функционирования шипиков - болезнь Альцгеймера, синдром Патау, синдром Дауна. Синдром Дауна самая распространенная и наиболее хорошо изученная форма хромосомной патологии человека (лишняя хромосома к 21-ой паре). Возникает задержка умственного развития, но оно может быть грубым, значительным, а может быть на нижней границе нормы умственного развития. У людей страдающих этим синдромом выявлено нарушение шипикового аппарата.
Синдром Патау связан с лишней хромосомой к 13 паре: возникает аномалия развития сердца, почек, микроцефалия, деформация ушей, нарушение строения лица. Живут такие больные не более 3-х месяцев и у них также выявлено нарушение шипикового аппарата.
Утраченные шипики могут восстанавливаться, если прекращается гипоксия, восстанавливается кровообращение, прекращается алкогольная и наркотическая интоксикация. Этому способствует активное выделение фактора роста нейронов астроцитами.
Для психологов и будущих родителей важным должен быть тот фыакт, что число шипиков зависит и от среды, в которой воспитывается ребенок Яркие игрушки, картинки, музыка, постоянное общение с ребенком – все это создает ОБОГАЩЕННУЮ СРЕДУ, которая способствует развитию мозга. В книге Прибрама «Языки мозга».(М. Прогресс, 1975, с.48-49), приводятся данные, полученные в работе с обучением крыс, их содержанием в разных условиях. Приведен конкретный пример нейрона с подсчитанными шипиками -121 шипик. Приведены гистограммы изменения количества шипиков у крыс, содержащихся в обогащенной среде (колесо, «игрушки», возможность заглянуть за шторку) и содержащихся в клетке с едой, питьем и половым партнером, но без других раздражителей. У крыс, живущих в «обогащенной» среде на 33,3% шипиков больше. Особенно страдает развитие шипиков у животных –изолянтов, воспитывающихся в изоляции.(Маугли).
Если разрушен рецептор – отсутствие чувствительности.Разрушение эфферентных нейронов вегетативных эфферентных нейронов – жить можно, плохая регуляция внутр.органов, соматических эфферентных нейронов – паралич.Промежуточные нейроны (самое большое количество в организме)Переферические нервы – эфферентные и афферентные. Нейроны, отростки промежуточных нейронов не выходят за пределы НС.Промежуточные нейроны могут вызывать раздражение.Строение эфферентных и промежуточных нейронов идентично: 
Мембрана – билипидный слой со встроеными белковыми молекулами. Функция мембраны сомы: избирательно проницаема для ионов натрия, калия, кальция, хлора – это обеспечивает возникновение на мембране сомы возбуждения, торможения, покоя. В мембране сомы имеются рецепторы, кот.могут взаимодействовать с гормонами. Здесь же находятся постсинаптические участки мембраны, кот.взаимодействуют с медиаторами, в результате этого взаимодействия на мембране возникает или ВПСП, или ТПСП
ВПСП – возбуждающий постсинаптический потенциал
ТПСП – тормозный постсинаптический потенциал
На мембране сомы одного нейрона может оканчиваться до 1000 других нервных клеток. В зависимости какая информация приходит, будет возникать ВПСП или ТПСП.
Если ТПСП – клетка затормозиться, информация дольше не транспортируется.
ВПСП – информация распространяется
Покой – на клетку не воздействует ничто
Дендриты – рецептивные полинейроны. Воспринимаю сигналы от других нервных клеток. Составляет 90% от площади всего нейрона.
На дендритах должны быть шипики.
ШИПИКИ – морфофункциональные образования. Морфо – можно рассмотреть, функциональная – могут исчезнуть. Образуются аво время внутреутробного развития. Активное развитие после рождения. Они обеспечивают более быстрое и чёткое восприятие информации. С помощью шипиков более сложные
Очень чувствительные к изменениям
к 21ой хромосоме – синдром дауна
К 13 –…. нарушение шипикового аппарата
Токсические вещества разрушают шипики (наркоз, алкоголь, наркотики…). Шипики восстанавливаются.
Задача любого нейрона передать информацию. Это происходит с помощью мембраны. Если аксон покрыт миелиновой оболочкой – информация распространяется быстрее.
Тубулин – сокращение мышц.
В аксоне находятся микротрубочки, в стенках микротрубочек находится белок, идентичный тубулину.
Антероградный транспорт. Нарушение - паралич
Ретроградный транспорт
Постоянный транспорт – белков, ферментов, медиаторов
Нейрофиламенты (мелкие трубочки) –
Полиомелит – вирус. С помощью ретроградного транспорта поступает в сому и разрушает её.
Столбняк – примерно то же самое.
Мышечное веретено - это рецептор растяжения.
На светооптическом уровне в нейроне и его отростках при окраске солями серебра выявляется тонкая сеть нитей, толщиной 0,5 – 3 мкм, и названных «нейрофибриллами». Оказалось, что это пучки цитоскелетных фибрилл разных видов, склеивающихся в пучки под действием фиксации.
Цитоскелет нервной клетки имеет большое значение в жизнедеятельности нейронов, и, как и в других клетках животных и человека, состоит из микротрубочек, промежуточных филаментов и микрофиламентов.
Микротрубочки.
Большинство микротрубочки формируются из белка тубулина в цитоплазме в т.н. «микротрубочкоорганизующем центре, МТОЦ», расположенном в районе клеточного центра (центриоли). Стенка микротрубочек состоят из 13 концентрически расположенных глобул белка тубулина. Каждая молекула тубулина является димером и состоит из α и ß-тубулина. Диаметр микротрубочки постоянен и составляет 24 нм по наружному краю и 15 нм по внутреннему контуру. Длина микротрубочек может быть самой разной, от нескольких десятков нанометров до десятков микрон. Это зависит от типа нервной клетки, места расположения микротрубочек в нейроне и отростках. В нейроне микротрубочки присутствуют в двух формах – длинные стабильные, и, как правило, неподвижные микротрубочки и короткие подвижные микротрубочки. В нейронах с помощью специальных ферментов – катанина и спастина – происходит трансформация микротрубочек из одного вида в другой. Катанин разрезает длинные стабильные микротрубочки на короткие мобильные фрагменты (примерно 10нм в длину), которые затем могут перемещаться по цитоплазме и отросткам нейрона на десятки и сотни микрон, после чего короткие фрагменты микротрубочек, возможно при участии спастина, опять могут собираться в длинные стабильные формы. (Рис. 1).
Каждая микротрубочка имеет быстрорастущий «+ » – конец, где идет активная сборка новых фрагментов и «- » – конец, где рост микротрубочки блокируется специальными «кэпирующими» белками, что способствует росту микротрубочки на (+) конце. В теле нейрона основная масса микротрубочек ориентирована радиально по направлению от МТОЦ (минус конец) к периферии клетки (плюс конец). Часть микротрубочек в цитоплазме нейрона может быть ориентирована и в противоположном направлении. В отростках нейрона микротрубочки располагаются, как правило, упорядоченно и вдоль длинной оси отростков. Среднее расстояние между соседними отдельными микротрубочками составляет от 20 до 60 нм. (Рис. 2).
Ваксоне встречается несколько разновидностей микротрубочек. Большинство располагается поодиночке вдоль длинной оси аксона и их плюс конец направлен в сторону аксонного окончания (синапса). В месте отхождения аксона от тела клетки, в
т.н. «аксоном холмике», микротрубочки образуют компактные пучки из 10-25 штук, также ориентированные к периферии аксона. (Рис. 2, а). Именно здесь происходит сортировка материала, транспортируемого дальше по аксону. В аксоне микротрубочки более стабильны и менее подвержены воздействию различных факторов, чем в теле нейрона и в дендритах. В районе синапса обнаружены особая разновидность микротрубочек - «изогнутые микротрубочки» – они принимают участие в транспорте синаптических пузырьков с медиаторами непосредственно к пресинаптической мембране.
Вдендритах микротрубочки (Рис. 2 б-г) располагаются вдоль оси отростка, но ориентация их концов может быть противоположная по отношению друг к другу. Это характерно, правда, только для проксимальных участков дендритов (в дистальных участках «+ » - конец микротрубочек направлен к периферии).
Важным элементом структуры микротрубочек, определяющим во многом их свойства, является наличие большого количества специализированных микротрубочко-ассоциированных протеинов (МАР-белки). Выделяют два основных типа этих белков: 1) высокомолекулярные МАР-белки нескольких классов (МАР1-5); 2) низкомолекулярные тау-протеины (некоторые виды последних обнаруживаются только в нейронах).Роль МАР белков в организации цитоскелета нервной ткани очень важна: они обеспечивают стабильность микротрубочек, контролируя процессы сборки и разборки, связывают микротрубочки друг с другом и с другими компонентами цитоскелета, а также с плазматической мембраной и органоидами клетки. Именно различия в структуре МАР – белков определяют специфику микротрубочек в теле нейрона, аксоне и дендритах, поскольку строение самих микротрубочек везде одинаковое. В качестве примера можно привести белок МАР-2a,b, который присутствует только в дендритах, тогда как белок МАР – 3 есть только в аксонах и глии. Если заблокировать синтез тау-белков в культуре нейрональных клеток, то они теряют свои аксоны, сохраняя только дендриты. Введение генов тау-протеинов в мутантные нервные клетки, которые не экспрессируют этот белок, приводит к активному росту клеточных отростков.
Все процессы, связанные с образованием микротрубочек, их подвижностью и участием в клеточных процессах идут с затратой энергии молекул ГТФ и ГДФ. Стабильность микротрубочек связана с рядом как внутренних, так и внешних факторов. Среди внешних следует отметить такие как: уровень ионов Са +2 и Мg +2 в нейроне, температуру (чем ниже температура, тем ниже темп сборки микротрубочек и скорость транспорта), уровень содержания кислорода в мозгу, РН среды (чем выше РН, тем интенсивнее идут процессы распада микротрубочек) и другие. Средний срок полужизни микротрубочки в нейроне ~ 10 - 20 минут.
К блокаде полимеризации или деполимеризации микротрубочек и, как следствие, нарушению транспортных процессов в нейронах приводит воздействие таких веществ - цитостатиков, как: колхицин, колцемид, винпрестин, винбластин, нокадазол, таксол. Их используют при химиотерапии опухолей, чтобы заблокировать деление раковых клеток.
Таким образом, в нейроне и его отростках микротрубочки пребывают в постоянном процессе сборки, разборки и перемещении по цитоплазме нейрона. Такое состояние микротрубочкового скелета клетки получило наименование – «динамическая нестабильность цитоскелета».
Нейрофиламенты (промежуточные филаменты).
У человека более 65 генов связаны с синтезом филаментозных белков. Соединяясь друг с другом, отдельные нейрофиламентозные белки (мономеры) формируют в нервных клетках вначале гомодимеры из двух фибрилл, которые затем соединяются попарно и образуют зрелую протофибриллу – гомотетрамер, который состоит из четырех идентичных молекул белка. Далее происходит полимеризация нейрофибриллярных протофибрилл в зрелую нейрофибриллу, диаметром ~ 10 нм, и состоящую из 8 длинных протофибрилл. Нейрофиламенты представлены тремя нейроспецифическими белками: NF-L, NF-Н, NF- M. и являются своеобразной «визитной карточкой» нейронов, т.к. они есть только в нервных клетках или клетках общего с ними происхождения.
Сборка нейрофиламентов происходит достаточно быстро. В экспериментах in vitro показано, что в течение первых секунд формируются нейрофиламенты длиной в 60нм, за первую минуту – 300нм, а через 15-20 минут длина увеличивается до 0,5 – 1 микрона. Процесс удлинения на этом не оканчивается, и после нескольких часов сборки мы имеем очень длинные нейрофиламенты. Ориентированы нейрофиламенты преимущественно вдоль длинной оси отростков нейрона. Они могут быть как одиночными, так и образовывать пучки. Особенно их много в районе аксонного холмика. В нейронах ЦНС при болезни Альцгеймера, рассеяном склерозе и другой патологии отмечается резкое увеличение концентрации нейрофиламентов и нарушение их ориентации при отчетливом уменьшении концентрации микротрубочек (Рис.3).
Нейрофиламенты – структуры более стабильные, чем микротрубочки (среднее время полужизни нейрофиламентов составляет ~ 40 мин.). Тем не менее, они также находятся в состоянии «динамической нестабильности», постоянно разбираясь и собираясь в теле и отростках нейрона, с помощью специальных ферментов. В районе синаптического окончания нейрофиламентов нет – в пресинаптической области они разрушаются и их компоненты с помощью обратного транспорта возвращаются в аксон и тело нейрона.
В целом промежуточные филаменты выполняют в нейроне механическую функцию, поддерживая форму тела и отростков. Они участвуют в росте и регенерации отростков, а также являются важным компонентом внутриклеточного транспорта. Нейрофиламенты тесно связаны друг с другом, с микротрубочками, клеточной и аксональной мембраной и другими компонентами клетки, образуя сложную трехмерную цитоскелеткную сеть в теле и отростках нейронов.
6. Транспорт в везикулах клетки.
7. Транспорт путем образования и разрушения органелл. Микрофиламенты.
10. Регуляция клеточных функций. Регуляторные воздействия на клеточную мембрану. Мембранный потенциал.
11. Внеклеточные регуляторные вещества. Синаптические медиаторы. Локальные химические агенты (гистамин, фактор роста, гормоны, антигены).
12. Внутриклеточная коммуникация с участием вторых посредников. Кальций.
13. Циклический аденозинмонофосфат, цАМФ. цАМФ в регуляции функции клетки.
14. Инозитолфосфат «ИФ3». Инозитолтрифосфат. Диацилглицерол.
Процессы внутриклеточного транспорта наиболее ярко могут быть продемонстрированы на аксоне нервной клетки . Аксонный транспорт рассматривается здесь подробно, чтобы проиллюстрировать события, которые, вероятно, сходным образом происходят в большинстве клеток. Аксон, диаметр которого составляет всего несколько микронов, может достигать длины одного метра и более, и движение белков путем диффузии от ядра к дисталь-ному концу аксона заняло бы годы. Давно известно, что когда какой-либо из участков аксона подвергается констрикции, часть аксона, расположенная проксимальнее, расширяется. Это выглядит так, как будто в аксоне блокирован центробежный поток. Такой поток быстрый аксонный транспорт-может быть продемонстрирован движением радиоактивных маркеров, как в эксперименте, показанном на рис. 1.14. Лейцин, меченный радиоактивной меткой, инъецировали в ганглий дорсального корешка, и затем со 2-го по 10-й час измеряли радиоактивность в седалищном нерве на расстоянии 166 мм от тел нейронов. За 10 часов пик радиоактивности в месте инъекции менялся незначительно. Но волна радиоактивности распространялась по аксону с постоянной скоростью около 34 мм за 2 ч, или 410 мм/сут. Показано, что во всех нейронах гомойотермных животных быстрый аксонный транспорт осуществляется с такой же скоростью, причем ощутимых различий между тонкими, безмиелиновыми волокнами и наиболее толстыми аксонами, а также между моторными и сенсорными волокнами не наблюдается. Тип радиоактивного маркера также не влияет на скорость быстрого аксонного транспорта ; маркерами могут служить разнообразные радиоактивные молекулы, такие, как различные аминокислоты, включающиеся в белки тела нейрона. Если проанализировать периферическую часть нерва, чтобы определить природу переносчиков транспортированной сюда радиоактивности, то такие переносчики обнаруживаются главным образом во фракции белков, но также в составе медиаторов и свободных аминокислот. Зная, что свойства этих веществ различны и особенно различны размеры их молекул, постоянную скорость транспорта мы можем объяснять только общим для всех них транспортным механизмом .
Рис. 1.14. Опыт, демонстрирующий быстрый аксонный транспорт в сенсорных волокнах седалищного нерва кошки. Меченный тритием лейцин вводят в ганглий дорсального корешка и измеряют радиоактивность в ганглии и сенсорных волокнах через 2, 4, 6, 8 и 10 ч после введения (нижняя часть рисунка). По оси абсцисс отложено расстояние от ганглия до участков седалищного нерва, где производят измерение. По оси ординат только для верхней и нижней кривой в логарифмическом масштабе отложена радиоактивность (имп./мин). «Волна» повышенной радиоактивности (стрелки) движется со скоростью 410мм/сут (по )Описанный выше быстрый аксонный транспорт является антероградным , т. е. направленным от тела клетки. Показано, что некоторые вещества движутся от периферии к телу клетки с помощью ретроградного транспорта. Например, ацетилхолинэстераза транспортируется в этом направлении со скоростью в 2 раза меньшей, чем скорость быстрого аксонного транспорта. Маркер, часто используемый в нейроанатомии пероксидаза хрена-также перемещается ретроградным транспортом. Ретроградный транспорт, вероятно, играет важную роль в регуляции белкового синтеза в теле клетки. Через несколько дней после перерезки аксона в теле клетки наблюдается хроматолиз, что свидетельствует о нарушении белкового синтеза. Время, требующееся для хроматолиза, коррелирует с длительностью ретроградного транспорта от места перерезки аксона до тела клетки. Такой результат предполагает и объяснение этого нарушения-нарушается передача с периферии «сигнального вещества», регулирующего белковый синтез.
Очевидно, что основными «средствами передвижения », используемыми для быстрого аксонного транспорта, являются везикулы (пузырьки) и орга-неллы, такие, как митохондрии, содержащие вещества, которые нужно транспортировать. Перемещение наиболее крупных везикул или митохондрий можно наблюдать с помощью микроскопа in vivo. Такие частицы совершают короткие быстрые движения в одном из направлений, останавливаются, часто двигаются немного назад или в сторону, снова останавливаются, а затем совершают рывок в основном направлении. 410 мм/сут соответствуют средней скорости антероградного движения приблизительно 5 мкм/с; скорость же каждого отдельного движения должна быть, следовательно, значительно выше, а если учесть размеры органелл, филаментов и микротрубочек, то эти движения действительно очень быстры. Быстрый аксонный транспорт требует значительной концентрации АТФ. Такие яды, как колхицин, разрушающий микротрубочки, также блокируют быстрый аксонный транспорт. Из этого следует, что в рассматриваемом нами транспортном процессе везикулы и орга-неллы движутся вдоль микротрубочек и актиновых филаментов; это движение обеспечивается малыми агрегатами молекул динеина и миозина, действующих, как показано на рис. 1.13, с использованием энергии АТФ.
Быстрый аксонный транспорт может участвовать и в патологических процессах. Некоторые нейротропные вирусы (например, вирусы герпеса или полиомиелита) проникают в аксон на периферии и движутся с помощью ретроградного транспорта к телу нейрона, где размножаются и оказывают свое токсическое действие. Токсин столбняка -белок, который продуцируется бактериями, попадающими в организм при повреждениях кожи, захватывается нервными окончаниями и транспортируется к телу нейрона, где он вызывает характерные мышечные спазмы.
Известны случаи токсического воздействия на сам аксонный транспорт, например воздействие промышленным растворителем акриламидом. Кроме того, полагают, что патогенез авитаминоза «бери-бери » и алкогольной полинейропатии включает нарушение быстрого аксонного транспорта .
Рис. 1.13. Немышечный миозиновый комплекс
при определенной ориентации может связываться с актиновыми филаментами различной полярности и, используя энергию АТФ, смещать их относительно друг друга
Помимо быстрого аксонного транспорта в клетке существует и довольно интенсивный медленный аксонный транспорт . Тубулин движется по аксону со скоростью около 1 мм/сут, а актин быстрее-до 5 мм/сут. С этими компонентами цитоскелета мигрируют и другие белки; например, ферменты, по-видимому, связаны с актином или тубулином. Скорости перемещения тубулина и актина примерно согласуются со скоростью роста, обнаруженной для механизма, описанного ранее, когда молекулы включаются в активный конец микротрубочки или мик-рофиламента. Следовательно, этот механизм может лежать в основе медленного аксонного транспорта. Скорость медленного аксонного транспорта примерно соответствует также скорости роста аксона, что, по-видимому, указывает на ограничения, накладываемые структурой цитоскелета на второй процесс.
Завершая данный раздел, следует подчеркнуть, что клетки ни в коем случае не являются статичными структурами, каковыми они кажутся, например, на электронно-микроскопических фотографиях. Плазматическая мембрана и особенно органеллы находятся в постоянном быстром движении и постоянной перестройке; только поэтому они способны функционировать. Далее, это не простые камеры, в которых протекают химические реакции, а высокоорганизованные конгломераты мембран и волокон, в которых реакции протекают в оптимально организованной последовательности.
