Что находится между нейронами

Что находится между нейронами

Неврология. Общие данные. Нейрон. Нейроцит. Синапс.

Что находится между нейронами

Одним из основных свойств живого вещества является раздражимость. Каждый живой организм получает раздражения из окружающего его мира и отвечает на них соответствующими реакциями, которые связывают организм с внешней средой. Протекающий в самом организме обмен веществ в свою очередь обусловливает ряд раздражений, на которые организм также реагирует. Связь между участком, на который падает раздражение, и реагирующим органом в высшем многоклеточном организме осуществляется нервной системой.

Проникая своими разветвлениями во все органы и ткани, нервная система связывает все части организма в единое целое, осуществляя его объединение, интеграцию.

Следовательно, нервная система есть «невыразимо сложнейший и тончайший инструмент сношений, связи многочисленных частей организма между собой и организма как сложнейшей системы с бесконечным числом внешних влияний» (И. П. Павлов).

Что находится между нейронами

Основным анатомическим элементом нервной системы является нервная клетка, которая вместе со всеми отходящими от нее отростками носит название нейрона, или нейроцита. От тела клетки отходят в одну сторону один длинный (осевоцилиндрический) отросток — аксон, или нейрит, в другую сторону — короткие ветвящиеся отростки — дендриты.

Передача нервного возбуждения внутри нейрона идет в направлении от дендритов к телу клетки от нее к аксону; аксоны проводят возбуждение в направлении от тела клетки. Передача нервного импульса с одного нейрона на другой осуществляется посредством особым образом построенных концевых аппаратов, или синапсов (от греч. synapsis — соединение). Различают аксосоматические связи нейронов, при которых разветвления одного нейрона подходят к телу клетки другого нейрона, и филогенетически более новые аксодендритические связи, когда контакт осуществляется с дендритами нервных клеток.

Источник

Нейроны для «чайников»

Нейроны – особая группа клеток организма, распространяющих информацию по всему телу. Используя электрические и химические сигналы, они помогают мозгу координировать все жизненно необходимые функции.

Если упростить, задачи нервной системы – собрать сигналы, поступающие из окружающей среды или из организма, оценить ситуацию, принять решение, как на них отреагировать (например, изменить частоту сердечных сокращений), а также подумать о происходящем и запомнить это. Основной инструмент для выполнения этих задач – нейроны, сплетенные по всему организму сложной сетью.

По средним оценкам, количество нейронов в головном мозге составляет 86 миллиардов, каждый из них связан еще с 1000 нейронов. Это создает невероятную сеть взаимодействия. Нейрон – основная единица нервной системы.

Нейроны (нервные клетки) составляют около 10% мозга, остальное – глиальные клетки и астроциты, функция которых заключается в поддержании и питании нейронов.

Как выглядит нейрон?

В строении нейрона можно выделить три части:

· Тело нейрона (сома) – получает информацию. Содержит ядро клетки.

· Дендриты – короткие отростки, принимающие информацию от других нейронов.

· Аксон – длинный отросток, несет информацию от тела нейрона в другие клетки. Чаще всего аксон оканчивается синапсом (контактом) с дендритами других нейронов.

Что находится между нейронами
Схема строения нейрона (здесь и далее рисунки из Википедии).

Дендриты и аксоны называют нервными волокнами.

Аксоны сильно варьируют по длине, от нескольких миллиметров до метра и более. Самыми длинными являются аксоны спинномозговых ганглиев.

Классификацию нейронов можно провести по нескольким параметрам, например, по строению или выполняемой функции.

Типы нейронов в зависимости от функции:

· Эфферентные (двигательные) нейроны – несут информацию от центральной нервной системы (головного и спинного мозга) к клеткам других частей тела.

· Афферентные (чувствительные) нейроны – собирают информацию от всего организма и несут ее в центральную нервную систему.

· Вставочные нейроны – передают информацию между нейронами, чаще в пределах центральной нервной системы.

Как нейроны передают информацию?

Нейрон, получая информацию от других клеток, накапливает ее до тех пор, пока она не превысит определенный порог. После этого нейрон посылает по аксону электрический импульс – потенциал действия.

Потенциал действия формируется движением электрически заряженных частиц через мембрану аксона.

В состоянии покоя электрический заряд внутри нейрона отрицательный относительно окружающей его межклеточной жидкости. Эта разница называется мембранным потенциалом. Обычно он составляет 70 милливольт.

Когда тело нейрона получает достаточно заряда, и он «выстреливает», в соседнем участке аксона происходит деполяризация – мембранный потенциал быстро растет, а затем падает примерно за 1/1000 секунды. Этот процесс запускает деполяризацию соседнего участка аксона, и так далее, пока импульс не пройдет по всей длине аксона. После процесса деполяризации наступает гиперполяризация – кратковременное состояние отдыха, в этот момент передача импульса невозможна.

Что находится между нейронами

Потенциал действия чаще всего генерируют ионы калия (К+) и натрия (Na+), которые по ионным каналам перемещаются из межклеточной жидкости внутрь клетки и обратно, меняя заряд нейрона и делая его сначала положительным, а затем снижая его.

Потенциал действия обеспечивает работу клетки по принципу «все или ничего», то есть импульс или передается, или нет. Слабые сигналы будут накапливаться в теле нейрона до тех пор, пока их заряда не будет достаточно для передачи по отросткам.

Миелин

Что находится между нейронами
Миелинизированное волокно в сравнении с немиелинизированным.

Миелин вырабатывается шванновскими клетками на периферии и олигодендроцитами в центральной нервной системе. По ходу волокна миелиновая оболочка прерывается – это перехваты Ранвье. Потенциал действия перемещается от перехвата к перехвату, что обеспечивает быструю передачу импульса.

Такое распространенное и серьезное заболевание, как рассеянный склероз, вызвано разрушением миелиновой оболочки.

Как работают синапсы

Нейроны и ткани, которым они передают импульс, физически не соприкасаются, между клетками всегда существует пространство – синапс.

В зависимости от способа передачи информации, синапсы могут быть химическими и электрическими.

После того как сигнал, передвигаясь по отростку нейрона, достигает синапса, происходит высвобождение химических веществ – нейромедиаторов (нейротрансмиттеров) в пространство между двумя нейронами. Это пространство называют синаптической щелью.

Что находится между нейронами
Схема строения химического синапса.

Нейромедиатор из передающего (пресинаптического) нейрона, попадая в синаптическую щель, взаимодействует с рецепторами на мембране принимающего (постсинаптического) нейрона, запуская целую цепь процессов.

Виды химических синапсов:

· глютаматэргический – медиатором является глютаминовая кислота, обладает возбуждающим эффектом на синапс;

· ГАМК-эргический – медиатором является гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), обладает тормозящим эффектом на синапс;

· холинергический – медиатором является ацетилхолин, осуществляет нервно-мышечную передачу информации;

· адренергический – медиатором является адреналин.

Электрические синапсы встречаются реже, распространены в центральной нервной системе. Клетки сообщаются посредством особых белковых каналов. Пресинаптическая и постсинаптическая мембраны в электрических синапсах расположены близко друг к другу, поэтому импульс способен проходить непосредственно от клетки к клетке.

Скорость передачи импульса по электрическим синапсам гораздо выше, чем по химическим, поэтому они расположены преимущественно в тех отделах, где необходима быстрая реакция, например, отвечающих за защитные рефлексы.

Еще одно отличие двух типов синапсов в направлении передачи информации: если химические синапсы могут передавать импульс только в одном направлении, то электрические в этом смысле универсальны.

Заключение

Нейроны – это, пожалуй, самые необычные клетки организма. Каждое действие, которое осуществляет тело человека, обеспечивается работой нейронов. Сложная нейронная сеть формирует личность и сознание. Они отвечают как за самые примитивные рефлексы, так и за самые сложные процессы, связанные с мышлением.

Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Medical News Today: Neurons: The basics.

Читать статьи по темам:

Читать также:

Они восстанавливаются

Как нейробиологи-«революционеры» опровергали продержавшуюся 100 лет догму, гласившую, что нервные клетки не восстанавливаются.

Регенерация спинного мозга

Ткань, содержащая человеческие стволовые клетки, позволила парализованным крысам ходить и вернула чувство осязания конечностям.

Проспиртованные нейроны не восстанавливаются

Употребление алкоголя ведет не только к гибели уже существующих нервных клеток, но и к замедлению формирования новых.

Не спи за рулём!

Когда водитель утомлён, его внимание рассеивается, поскольку нейроны не реагируют на внешние стимулы так эффективно, как должны.

Фибриноген тормозит ремиелинизацию

Исследователи из Института Глэдстоун обнаружили интересную взаимосвязь восстановления миелина с белками плазмы крови.

Электронное СМИ зарегистрировано 12.03.2009

Свидетельство о регистрации Эл № ФС 77-35618

Источник

А что же окружает нейроны?

Конфокальное изображение перинейрональной сети — внеклеточной сетчатой структуры, окружающей тело и проксимальные участки дендритов нейронов в ЦНС. Окрашивание WFA.

Автор
Редакторы

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Мозг — довольно сложная штука: вроде бы, о нем много чего известно, но куда больше остается неизведанным. И если о клетках мозга (нейронах) накоплено знаний уже достаточно, то о том, что находится между клетками и непосредственно окружает их — куда меньше. В частности, тело и начальные участки дендритов снаружи клетки опоясывает сетчатая структура, называемая перинейрональной сетью (ПНС), которая практически не изучена! Известно лишь, что основная функция этой сети связана с ограничением синаптической пластичности. Научная группа, в которой я состою, сейчас занимается изучением микроструктуры ПНС. И в этой статье я постараюсь рассказать, что это за сети, чем они интересны, а также показать вклад нашей группы в их изучение.

Что находится между нейронами

Конкурс «био/мол/текст»-2017

Эта работа опубликована в номинации «Своя работа» конкурса «био/мол/текст»-2017.

Что находится между нейронами

Генеральный спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.

Что находится между нейронами

Спонсором приза зрительских симпатий и партнером номинации «Биомедицина сегодня и завтра» выступила фирма «Инвитро».

Что находится между нейронами

Предыстория, или немного о себе

Я учусь в Казанском федеральном университете в Институте фундаментальной медицины и биологии на 5 курсе. А занимаюсь наукой с 1 курса. Попала в научную группу совершенно случайно, считаю это счастливым стечением обстоятельств. Я год отучилась на биологическом направлении, потому что после подачи заявления в университеты не могла понять, чего действительно хочу. Поэтому оставила все документы там, где прошла в первую волну, и это оказался КФУ. Отучилась на биофаке — тогда еще не было медицинских специальностей, открылись они только через год. За этот единственный свой биологический год я сдружилась с одногруппником — Никитой Арнстом. Мне хотелось переплюнуть его в чем-то на тот момент, потому что он очень умный, и шел на биофак осознанно, в отличие от меня. Ему нравилась наука — он много читал, и ему было легко учиться. Я вся такая пубертатная девочка, очень бесилась, когда у него что-то получалось лучше, чем у меня. Но в целом, отношения у нас с ним неплохие, дружеские. И вот, когда я на следующий год отчислилась, и поступила опять-таки в КФУ, только уже на медицинскую биохимию — получать специальность врача, — некоторые предметы зачли, так что свободного времени было побольше. В итоге Никита предложил мне заниматься наукой, а я подумала: «Почему бы и нет, не понравиться — уйду».

Мой научный руководитель — Михаил Николаевич Павельев — тогда работал в Центре нейронаук в Хельсинки и, в основном, общался со мной по скайпу. Провел собеседование, посмотрел мои оценки (я закончила школу с серебряной медалью, в университете экзамены сдавала и сдаю на «отлично»), задавал много вопросов, но на некоторые из них я ответа не знала, и отвечала неуверенно. Сейчас вспоминать это все забавно. Но спустя эти все годы обучения, я поняла, как выросла.

Наша научная группа тогда занималась травмой спинного мозга — в частности, моей темой было наблюдение за поведением животных при восстановлении после операции: контузионная травма спинного мозга. Затем мы переключились на перинейрональные сети. Моя роль в проекте была — съемка на конфокальном микроскопе и анализ изображений. Ну а потом Никите захотелось сменить тему, и мне пришлось взять всю работу на себя, долго учиться окрашиванию тканей головного мозга. Очень тяжело было. Еще Михаил Николаевич поставил задачу найти новых членов группы и обучить их. Теперь в нашей группе Арсений Расческов — студент уже 3 курса лечебного дела, и Анастасия Кочнева — студентка 2 курса биологического направления. Все вместе мы трудимся на благо нашего научного коллектива и университета.

С чего же все началось, или откуда взялись ПНС?

Все началось с итальянского ученого Камилло Гольджи [1]. Он впервые описал перинейрональные сети (ПНС) на поверхности нейронов коры головного мозга кролика. Он предположил, что это «своего рода корсет из нейрокератина, который препятствует прохождению тока от клетки к клетке». Как обычно бывает в науке, никто его находку особо не воспринял. Сантьяго Рамон-и-Кахаль вообще утверждал, что это всего лишь артефакт, полученный от коагуляции внеклеточной жидкости [2], [3]. В то время это был очень влиятельный ученый, и его мнение, прямо скажем, подавило интерес к этой структуре, и постепенно про нее забыли. Но биология развивалась, совершенствовались методики визуализации и окрашивания. Спустя годы интерес вновь вернулся. За несколько десятилетий накоплено внушительное количество данных о молекулах — компонентах ПНС, и их функциях. Но микроструктура остается неизученной [4].

Почему это важно — изучать микроструктуру ПНС?

Макроскопическая картина дает мало информации, и даже под большим увеличением можно лишь понять, стало ПНС больше или меньше, но более тонкие структурные эффекты, увы, увидеть не получается. Наша научная группа занимается анализом изображений, полученных после иммунофлуоресценции и конфокальной микроскопии [5], [6]. И такие изображения, особенно если сделаны на большом увеличении, дают очень много информации, главное — это извлечь ее и сделать выводы.

Итак, мы смотрим пространственную структуру ПНС. Уже известно, что она регулирует ряд функций синапса, и ее структура меняется при:

Итак, изучение структуры ПНС поможет понять механизмы этих патологий. Так что область эта очень перспективна и актуальна.

Что такое ПНС и «с чем их едят»

Что находится между нейронами

Рисунок 1. Схематическое изображение ПНС, окружающей тело нейрона, а также начальные сегменты дендритов и аксона.

ПНС — это сетчатая структура, окружающая определенные нейроны в головном и спинном мозгах, плотно переплетенная с синаптическими контактами на теле и проксимальных дендритах нейронов [3] (рис. 1).

Перинейрональные сети находят в зрительной коре, соматосенсорной коре, в глубоких ядрах мозжечка, черной субстанции, гиппокампе, а также в спинном мозге [13], [14]. Почему именно там? Потому что ПНС, в основном, окружают тормозные ГАМК-ергические (ГАМКγ-аминомасляная кислота, тормозной медиатор [15]) интернейроны, а они как раз содержатся в этих зонах. Но исследования по поводу того, какие именно нейроны, помимо ГАМК-ергических, окружены перинейрональными сетями, и в каких пропорциях они окружают нейроны во всех зонах мозга, еще ведутся.

Формируются эти сети во время раннего постнатального развития (период после рождения) ближе к концу критического периода (период, когда нервная система особенно чувствительна к определенным стимулам окружающей среды). Самый интересный факт про ПНС — это то, что они ограничивают синаптическую пластичность.

Синаптическая пластичность — способность нейронных связей перестраиваться в ответ на стимулы окружающей среды и сенсорный опыт (информация, воспринятая через органы чувств). Пластичность играет важную роль в уточнении связей во время развития. Во взрослом состоянии пластичность снижается, но способность не пропадает полностью, нейронные связи продолжают реагировать на опыт, возраст или травмы.

Есть такой фермент — хондроитиназа ABC, — который разрушает ПНС. Так вот, обнаружено, что такое ферментативное разрушение приводит к облегчению синаптической пластичности у взрослых животных [13]. К примеру, проводили исследования на линии мышей с болезнью Альцгеймера [16], у которых была стойкая потеря памяти об объекте в течение трех месяцев. Но после введения им этого фермента, память восстановилась до нормального уровня. А вот если генетически ослабить у таких мышей перинейрональные сети, то начало потери памяти задерживается на несколько недель [11].

Из чего же сделаны ПНС, или много страшных непонятных слов

Вообще, ПНС — это всего лишь сочетание белков и протеогликанов, которые секретируются и нейронами, и глией (вспомогательными клетками нервной ткани) на протяжении раннего постнатального развития. И состоят они из четырех компонентов (рис. 2) [17]:

Что находится между нейронами

Рисунок 2. Модель строения ПНС. Hyaluronan — гиалуроновая кислота (ГК) — каркас. Фермент гиалуронсинтаза (hyaluronan synthase) синтезирует ГК и, вероятно, заякоривает ее в клеточной мембране. С ГК взаимодействуют связывающие белки (link protein), а с ними связываются хондроитинсульфат протеогликаны (ХСПГ) (обозначены красным и оранжевым цветами). С ХСПГ связывается тенасцин-R (tenascin-R), что завершает формирование структуры.

Что же делала наша группа

На самом деле все довольно просто: нужно подготовить материал (в нашем случае головной мозг мыши), сделать срезы, покрасить их, отснять всё, что получилось, на конфокальном микроскопе и проанализировать снимки с помощью компьютера. Все просто, сделай — и сиди отдыхай. 🙂

Но если отбросить шутки в сторону, процедура довольно длительная, сложная, требует концентрации внимания и сноровки. В случае провала на любом этапе нужно искать причину ошибки: что же могло пойти не так? Когда я только начала осваивать гистологическую часть работы, мне это жутко не нравилось. Я очень люблю животных, а тут нужно их забить, извлечь мозг и на все это смотреть беспристрастно. Смотреть было жутко даже со стороны, а уж когда делаешь всё это самостоятельно. Руки дрожат, и ты думаешь только о том, как это ужасно и как бы сделать так, чтобы животное ничего не почувствовало. Приходилось преодолевать страх, чтобы можно было продолжать работу. Сейчас я отношусь к этому более спокойно — рука набилась, все движения отточены. Процедуру забоя нужно проводить как можно быстрее, чтобы животное не успело очнуться и почувствовать невыносимую боль. А ведь оно может умереть раньше, чем нужно, от болевого шока, к тому же выпустив кучу медиаторов стресса типа адреналина, что может повлиять на конечный результат и дать нежелательные микроизменения в мозге. Вот почему всё нужно делать предельно быстро.

Что находится между нейронами

Рисунок 3. Вот так выглядит процедура нарезки

Затем нужно извлечь головной мозг из черепной коробки, не повредив его. Конечно, если фиксация прошла хорошо, то делать это намного проще, но все равно тут надо быть крайне внимательным. После подготовительных этапов — фиксации, криопротекции (это нужно для того, чтобы мозг «пережил» дальнейшее замораживание), заключения в среду и замораживания — можно приступать к нарезке материала.

Порезка на криотоме — еще один ужасно трудоемкий этап, где необходимы внимательность и сноровка в кубе, иначе всё насмарку. Нужно сделать очень тонкие срезы (18 мкм) очень острым лезвием (рис. 3). Казалось бы, что сложного? Но в процессе срезы скручиваются и рвутся, что, безусловно, портит препарат. Поэтому тут больше имеет значение опыт.

Очень нужный нам инструмент — беличья кисть, чтобы удерживать срез за край и сделать его ровным. А еще в состав криотома входит так называемая anti-roll plate — по сути, всего лишь прямоугольное стекло, предотвращающее скручивание срезов (рис. 4).

Что находится между нейронами

Рисунок 4. Anti-roll plate

И нет ничего лучше, когда процесс нарезки проходит быстро, и срезы получаются ровными, не порванными и просто шикарными. И ты такой радостный на подъеме идешь красить.

Но окрашивание (в нашем случае иммунофлюоресценция [6]) — это еще один этап, и один из самых важных, на котором можно всё испортить. Плохо покрасишь — ничего не увидишь, а значит, все твои старания получить суперкрутые ровные срезы пошли прахом. Этап этот длительный, и здесь тоже очень важны опыт, точное следование протоколу, проверка всех буферов на pH. В общем, очень много тонкостей, чтобы получить качественное окрашивание без высокого фона. Это значит, что те структуры, которые вы покрасили, будут хорошо и четко видны.

Здесь я лишь оговорюсь, что для окрашивания перинейрональных сетей используют биотинилированный лектин (лектин — это углеводсвязывающий белок [19], а слово «биотинилированный» говорит о том, что к этому лектину присоединен биотин) Wisteria floribunda (WFA) (глицинии обильноцветущей), который связывается с углеводным компонентом ПНС. А затем для визуализации применяют флуоресцентный краситель: стрептавидин-меченный AlexaFluor 633.

И вот после этого можно наконец смотреть в микроскоп, делать снимки и их анализировать. Как вы поняли, проще сказать, чем сделать. Поэтому квалифицированный гистолог в научном коллективе на вес золота. Ведь в такого рода исследованиях без гистологии никуда. За дополнительными подробностями о микроскопических методиках можно обратиться к статье «12 методов в картинках: микроскопия» [6].

Итог: мы анализировали изображения гистологических срезов соматосенсорной коры взрослых мышей, окрашенных WFA. Получив эти изображения, с помощью специальной программы мы обводили ячейки как многоугольники. Далее у них определяли площадь, периметр и количество вершин. Этот анализ мы провели на телах 34 нейронов из коры мозга мыши (1274 ячейки, 3 мыши) (рис. 5).

Что находится между нейронами

Рисунок 5. Структура ПНС кортикальных нейронов взрослых мышей. а — WFA-позитивные ПНС, конфокальный снимок. б — Ячеистая структура ПНС на поверхности тел нейронов. в — Выбор координат вершин ячеек с помощью программы FIJI в области, отмеченной на б. Вершины каждой ячейки метились вручную. г — Результат мечения ячеек на в. Контуры каждой ячейки прорисованы программой, основываясь на координатах вершин.

Всё это мы делаем для того, чтобы копнуть глубже в структуру перинейрональных сетей. Некоторые ячейки окрасились ярче, что означает, что там отложилось больше углеводного компонента — ходроитинсульфат протеогликанов, про которые говорилось выше. Значит синапсы, которые находятся в тех ячейках, окружены более плотно, и им сложнее перестраиваться. Возможно, это является одним из механизмов долговременной памяти.

Обычно все останавливаются на количественном анализе ПНС, а качественно смотрят по компонентам на молекулярном уровне. Но такой анализ изображений поможет другим группам исследователей, занимающихся ПНС, более детально понять данные структуры, посмотреть на то, что происходит при влияниях различных веществ на мозг, при заболеваниях.

Ячейки, ячейки и еще раз ячейки

В основном, все ячейки имеют 4-, 5- (самая часто встречающаяся, 44%) или 6-угольную форму. В сумме они составляют 93% проанализированных нами ячеек. Площадь ячеек также варьирует в интервале 0,24–5,48 мкм 2 (в среднем 1,29 ± 0,67 мкм 2 ). Это предполагает возможный механизм для регуляции функции синапсов через морфологические ограничения размера ячейки (рис. 6).

Что находится между нейронами

Еще мы обнаружили два варианта распределения интенсивности красителя по периметру ячеек. Первый мы назвали полярным: интенсивность сигнала выше в вершинах, чем в серединах ребер. Второй — неполярный — паттерн характеризуется относительно равномерным распределением интенсивности WFA по периметру ячейки. Все это наглядно показано на рисунке 7.

Что находится между нейронами

Рисунок 7. Паттерны распределения WFA вдоль периметра ячейки. а — Полярные ячейки. б — Показан контур ячейки и углы. в — Распределение интенсивности вдоль периметра ячейки, отмеченной на б. г — Неполярная ячейка. д — Контур неполярной ячейки и углы. е — Распределение интенсивности вдоль границы ячейки, отмеченной на д.

Чем важен этот уникальный результат — еще предстоит понять. Возможно, полярные и неполярные ячейки по-разному «окутывают» нейроны, что по-разному действует на синаптическую пластичность и процессы памяти и обучения.

Планы на будущее

Накопилось много данных о том, что же происходит в перинейрональных сетях при различных патологиях: посттравматический синдром, эпилепсия, шизофрения, а также при физиологических состояниях (например, при старении). И здесь очень важно понять, что же происходит на микроструктурном уровне, чтобы применить эти наблюдения при разгадке патогенеза заболеваний и разработке новых видов лечения.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *