Tkanka nerwowa Centralny układ nerwowy

Transkrypt

1 Tkanka nerwowa Centralny układ nerwowy

2 Układ nerwowy umożliwia szybkie i precyzyjne komunikowanie się pomiędzy oddalonymi od siebie okolicami organizmu, dzięki czynności wyspecjalizowanych komórek gromadzących i przetwarzających informacje oraz wysyłających w odpowiedzi właściwe sygnały. Podstawową jednostką strukturalno-czynnościową jest komórka nerwowa (neuron, neurocyt). Komórki nerwowe odpowiadają za bezpośrednie komunikowanie się różnych grup komórek Neurony wytwarzają sieć precyzyjnych połączeń: zbieranie informacji z receptorów czuciowych przetwarzanie i zapamiętywanie informacji wysyłanie odpowiednich sygnałów do komórek efektorowych Neurony są komórkami postmitotycznymi. Dzielą się jedynie w życiu płodowym, w życiu postnatalnym komórki nerwowe nie proliferują

3 Komórka nerwowa (neuron, neurocyt) Komórki nerwowe (> 100 mln) różnią się wielkością, kształtem, liczbą i długością wypustek oraz ich ukształtowaniem, zawartością organelli komórkowych. Wielkość komórek nerwowych od 5 do 120 µm. Zróżnicowanie kształtu dotyczy wyłącznie perikarionów. Dendryty Wypustki protoplazmatyczne Pseudojednobiegunowe Jądro Akson Ciało neuronu (perikarion) Dłg do 1,5 m Akson (neuron) Przewodzi sygnały do innych komórek Dwubiegunowe Wielobiegunowe Jądro Buławka końcowa Część synapsy Neurony Golgi I neuryt długi Neurony Golgi II neuryt krótki

4 Perikarion ciało komórki nerwowej

5 Komórka nerwowa ultrastruktura Wielkość od ok µm Jądro pęcherzykowe z centralnie położonym jąderkiem Siateczka śródplazmatyczna ziarnista (RER) Zasadochłonne ziarna tigroid, substancja Nissla Pęcherzykowe jądro z wyraźnie widocznym jąderkiem Tigroid Aparat Golgiego dobrze rozbudowany (procesy wydzielnicze) Mitochondria duża liczba - zapotrzebowanie na energię Lizosomy liczne, krótki okres półtrwania błony komórkowej i innych organelli. Cytoszkielet wysoce zorganizowany, utrzymanie unikalnego kształtu komórek (akson) filamenty pośrednie (typu IV - neurofilamenty) - rusztowanie dla perikarionu i aksonu mikrotubule (neurotubule) zorganizowane w sieć. Wtręty komórkowe - lipofuscyna, melanina Akson Tigroid Jądro Lizosomy

6 Wypustki komórek nerwowych Wypustki protoplazmatyczne dendryty zróżnicowanie dotyczące liczby, długości, szerokości, sposobu odejścia od perikarionu, przebiegu i rozgałęzień. Wypustka osiowa (akson, neuryt) zawsze pojedyncza wypustka - odchodzi w punkcie zw. podstawą aksonu (wzgórek aksonalny) bardzo długa wypustka stała średnica nie ulega podziałowi na liczne rozgałęzienia jedynie pojedyncze gałęzie boczne - bocznice, odchodzące pod kątem prostym. W końcowym odcinku rozgałęzienie (drzewko końcowe)

7 Komórka nerwowa Bardzo aktywna metabolicznie, synteza białek dla prawidłowej funkcji wydłużanie wypustek Synteza neurotransmiterów oraz enzymów do rozkładu ich nadmiaru acetylocholina acetylocholinesteraza adrenalina monoaminooksydaza (MAO) Neurony neurosekrecyjne - synteza neurohormonów np. wielkokomókowe jądra podwzgórza wazopresyna i oksytocyna Precyzyjny transport wzdłuż aksonu (organelle komórkowe, enzymy, substancje odżywcze, neurotransmitery, neurohormony)

8 Komórka nerwowa 2 typy transportu aksonalnego: wolny i szybki Wolny transport aksonalny w dół aksonu mitochondria, lizosomy, elementy cytoszkieletu. Szybki transport aksonalny (postępujący): substancje chemiczne otoczone błoną, białka. Neurohormony drogą podwzgórzowoprzysadkową zachodzi dzięki obecności neurotubul i kinezyny. Szybki wsteczny transport aksonalny wracają do perikarionu zużyte organella oraz błony podlegające recyrkulacji np. po uwolnieniu zawartości pęcherzyków. Transport aksonalny w patogenezie neurologicznych chorób infekcyjnych Wirus wścieklizny wsteczny transport aksonalny neuron replikacja neurony sąsiadujące transport w dół aksonu ślinianki ślina Laseczka tężca wydziela tetanospazminę (neurotoksyna), drogą aksonalną dociera do rdzenia kręgowego (porażenie spastyczne)

9 Synapsa chemiczna Neurony przeżywają tylko wtedy, gdy wytworzą połączenia synaptyczne (DARWINIZM NERWOWY- Gerald Edelman, laureat nagrody Nobla z 1972 r.) Poprzez synapsy neurony przekazują sygnały. Synapsa - szczególny rodzaj połączenia międzykomórkowego, umożliwia bezpośrednie komunikowanie się komórek. Substancja przekaźnikowa wydzielana w precyzyjnie określonym miejscu przez jedną komórkę i odbierana w podobnie ściśle określonym regionie przez drugą. Akson Buławka końcowa Mikrotubule Pęcherzyki synaptyczne Neurofilament Mitochondrium Powierzchnia błony postsynaptycznej Zgrubienie błony postsynaptycznej Błona presynaptyczna Szczelina synaptyczna Błona postsynaptyczna Dendryty

10 Synapsa chemiczna Rodzaje połączeń między neuronami: akso-dendrytyczne akso-somatyczne akso-aksoniczne Każdy neuron wytwarza ok

11 Pochodzenie neuroektodermalne Tkanka glejowa Tkanka glejowa centralnego układu nerwowego (CUN) Komórki zachowujące zdolność do proliferacji Glej nabłonkowy (glej wyściółkowy) Ependymocyty Komórki sześcienne połączone desmosomami, mikrokosmki i 1-2 rzęski, liczne mitochondria. Część bazalna komórek w kontakcie z wypustkami astrocytów. Tanycyty (obok ependymocytów komory mózgu) Wyspecjalizowane ependymocyty, część bazalna komórek zawiera wypustki stopki na naczyniach krwionośnych. Pomiędzy ependymocytami a tanycytami połączenia zamykające.

12 Glej właściwy Astrocyty: włókniste i protoplazmatyczne Oligodendrocyty Astrocyty włókniste Astrocyty protoplazmatyczne Tkanka glejowa Oligodendrocyty Astrocyty włókniste głównie w istocie białej. Mają długie wypustki z licznymi rozgałęzieniami. Astrocyty protoplazmatyczne głównie w istocie szarej. Mają krótsze wypustki, z krótkimi, ale licznymi rozgałęzieniami. Oligodendrocyty mniejsze niż astrocyty, z nieregularnym i ciemno wybarwiającym się jądrem. Cytoplazma duży aparat Golgiego, liczne mitochondria i bardzo liczne mikrotubule. Funkcja aksonalna mielinizacja.

13 Astrocyty Filamenty pośrednie typu III kwaśne włókniste białko glejowe Funkcja wspierająca, transportują cząsteczki i jony do neuronów W razie uszkodzenia CUN proliferują Regulacja funkcji CUN dzięki obecności licznych receptorów, odpowiadają na różne bodźce Absorbują lokalnie uwolnione neurotransmitery, uwalniają białka neuroaktywne np. prekursory enkefalin, somatostatyna Wchodzą w interakcję z oligodendrocytami (neksus), regulując syntezę i obrót mieliny cytokiny Uczestniczą w tworzeniu bariery krew-mózg Produkują gliotransmitery Synteza białka S100 udział w procesach związanych z nabywaniem i konsolidacją śladów pamięciowych (zaangażowane w modyfikacje połączeń synaptycznych, kontrolują przekazywanie informacji)

14 Tkanka glejowa Mezoglej, mikroglej pochodzenie mezenchymatyczne, pierwotna funkcja fagocytoza Stanowią ochronę immunologiczną mózgu i rdzenia kręgowego Wchodzą w interakcję z neuronami i astrocytami, migrują do miejsc obumierania neuronów, gdzie proliferują i fagocytują obumarłe komórki Podczas histogenezy usuwają obumierające neurony i komórki glejowe, eliminowane drogą apoptozy Syntetyzują i uwalniają liczne cytokiny Mezoglej Wysoka aktywność w mózgu pacjentów z AIDS. Wirus HIV1 nie atakuje neuronów, ale infekuje komórki mikrogleju synteza cytokin toksycznych dla neuronów

15 Tkanka glejowa Tkanka glejowa obwodowego układu nerwowego (OUN) Komórki satelitarne (amficyty) Otaczają ciała komórek rzekomojednobiegunowych w zwojach Komórki Schwanna, neurolemocyty, lemocyty komórki analogiczne do oligodendrocytów CUN

16 Osłonki włókien nerwowych Osłonkę mielinową włókien nerwowych w CUN tworzą oligodendrocyty, w OUN mielinę tworzą lemocyty oraz tworzą osłonkę neurolemalną (cytoplazma otacza włókno włókna bezrdzenne). Lemocyty otaczają mieliną tylko jeden akson Lemocyty Osłonka mielinowa lipidy i białka błonowe Nagi odcinek aksonu Oligodendrocyty mielinizują kilka sąsiednich aksonów w obrębie centralnego układu nerwowego

17 Mielina Skład białkowy i lipidowy mieliny w CUN i OUN jest podobny, mielina CUN zawiera więcej sfingomieliny i glikoprotein. Trzy główne białka mieliny: MBP (Zasadowe Białko Mieliny; Myelin Basic Protein) obecne w mielinie CUN i OUN PLP (Białko Proteolipidu; Proteolipid Protein) jest obecne jedynie w mielinie CUN. Odgrywa zasadniczą rolę w rozwoju neuronalnym MPZ (Myelin Protein Zero) jest głównym składnikiem mieliny OUN, stanowi odpowiednik PLP. MPZ sięga do przestrzeni międzykomórkowej - interakcja z podobną cząsteczką MPZ - stabilizacja sąsiadujących błon Białka mieliny są silnymi antygenami i odgrywają ważną rolę w chorobach autoimmunologicznych w CUN i OUN)

18

19 Degeneracja i regeneracja tkanki nerwowej Neurony, jako nie dzielące się komórki, podlegają degeneracji Wypustki komórek nerwowych CUN, w ograniczonym stopniu, są regenerowane dzięki zdolności perikarionu do syntezy Włókna nerwów obwodowych regenerują, jeżeli ich perikariony nie są uszkodzone Neurony nie wytwarzające połączeń synaptycznych obumierają transneuronalna degeneracja Komórki glejowe CUN i OUN dzielą się mitotycznie Zmiany w perikarionie po uszkodzeniu włókna Chromatoliza - zanik substancji Nissla, zmiana barwliwości neuroplazmy Wzrost objętości perikarionu Migracja jądra na obwód perikarionu Okolica uszkodzenia Proksymalny i dystalny odcinek aksonu w pobliżu uszkodzenia degeneruje Wzrost aksonu następuje natychmiast po usunięciu przez makrofagi pozostałości po uszkodzeniu Wzrost aksonu 0,5 3 mm/dzień Makrofagi produkują IL-1 stymulującą lemocyty do syntezy substancji promujących wzrost nerwu Lemocyty proliferują, układając się w kolumnę droga przebiegu wzrastającego aksonu, aż do narządu efektorowego Kiedy przerwa pomiędzy proksymalnym i dystalnym odcinkiem włókna zbyt duża (amputacja), poprzez wzrost nowego włókna nerwowego może tworzyć się zgrubienie lub nerwiak (neuroma) spontaniczny ból.

20 Rozwój układu nerwowego Ok. 17 dzień rozwoju pomiędzy węzłem pierwotnym a płytką przedstrunową Neurulacja pierwotna Wytworzenie przedniego i środkowego odcinka cewy nerwowej Ok. 21 dzień rozwoju

21 3 tydzień rozwoju Płytka nerwowa Rozwój układu nerwowego Grzebienie nerwowe Cewa nerwowa Cewa nerwowa Grzebienie nerwowe Warstwa płaszczowa Warstwa wyściółkowa Grzebienie nerwowe Neurony rzekomojednobiegunowe zwojów międzykręgowych Glioblasty lemocyty, komórki satelitarne Komórki rdzenia nadnerczy Melanoblasty melanocyty (melanofory naczyniówki oka) Komórki C tarczycy i komórki APUD Mezoglej (z mezenchymy pochodzącej z neuroektodermy) Mezenchyma głowy i szyi Warstwa płaszczowa Glioblasty komórki glejowe CUN Astrocyty protoplazmatyczne i włókniste, oligodendrocyty Neuroblasty Neurony CUN Neurony dwubiegunowe siatkówki, nabłonka węchowego Warstwa wyściółkowa Ependymoblasty, Tanycyty glej nabłonkowy Komórki nabłonkowe splotu naczyniówkowego Pituicyty komórki tylnego płata przysadki mózgowej Pinealocyty komórki szyszynki

22 Rozwój układu nerwowego Migracja komórek z grzebieni nerwowych Wzrost aksonu laminina, fibronektyna, GAG Neutrofiny, substancje wydzielane przez różnicujące się mięśnie Tenascyna

23 Ośrodkowy (centralny) układ nerwowy Mózgowie mózg, pień mózgu, móżdżek. Rdzeń kręgowy Istota szara zgrupowanie ciał komórek nerwowych i początkowych, pozbawianych mieliny, aksonów. Agregaty ciał komórek nerwowych zamkniętych w istocie białej jądra. Zrąb stanowią głównie astrocyty (protoplazmatyczne), tworzące pilśń nerwową Pomiędzy wypustkami astrocytów - proteoglikany. Oprócz astrocytów obecne oligodendrocyty i komórki mikrogleju. Istota biała nagromadzenie aksonów otoczonych mieliną. Zrąb stanowią astrocyty (głównie włókniste), nieliczne oligodendrocyty i komórki mikrogleju. Nie zawiera ciał komórek nerwowych.

24 Granica pomiędzy istotą białą i istotą szarą Istota biała Przekroje poprzeczne przez włókna nerwowe otoczone mieliną (odpłukana podczas utrwalania) Istota szara Ciała komórek nerwowych i ich wypustki

25 Kora mózgu 1. Warstwa drobinowa Wrzecionowate neurony poziome Aksony i dendryty równolegle do kory 2. Warstwa ziarnista zewnętrzna Neurony piramidalne (aksony ku istocie białej) Neurony ziarniste 3.Warstwa piramidalna Neurony piramidalne (aksony > istota biała, dendryty > w-wa drobinowa) 4. Warstwa ziarnista wewnętrzna małe neurony piramidalne, neurony ziarniste (aksony i dendryty do sąsiednich neuronów, długie dendryty do powierzchni kory). Smuga zewnętrzna 5. Warstwa zwojowa Duże neurony piramidalne (Betza) Małe neurony ziarniste Smuga poprzeczna wewnętrzna 6. Warstwa komórek różnokształtnych Neurony piramidalne małe Neurony wrzecionowate Istota biała

26 Gładkomózgowie zaburzona migracja neuronów w życiu prenatalnym. Nieprawidłowo zorganizowana kora mózgu

27 Kora móżdżku

28 Kora móżdżku 1. Warstwa drobinowa Neurony gwiaździste - aksony tworzą synapsy z kom. w-wy zwojowej. Neurony gwiaździste duże (koszyczkowe) 2. Warstwa zwojowa Neurony gruszkowate Purkinjego. Dendryty w-wa drobinowa, aksony istota biała 3. Warstwa ziarnista Małe neurony ziarniste aksony kształt T Neurony ziarniste duże (Golgi II) Neurony poziome dwubiegunowe Istota biała Włókna dochodzące: a) Kiciaste z rdzenia kręgowego b) Pnące z jąder nerwu przedsionkowego

29 Rdzeń kręgowy Rogi przednie: 6 grup jąder zawierających dwa rodzaje neuronów 1. Ruchowe Rogi tylne (grzbietowe): a) Rogi grzbietowo-brzeżne Neurony o średnicy 50µm udział w przekazywaniu i modyfikowaniu bodźców bólowych, cieplnych i dotykowych. b) Tylna część rogu część galaretowata Małe wrzecionowate neurony oddają liczne włókna kojarzeniowe. c) Część brzuszno-środkowa. Zawiera duże neurony wielobiegunowe, Przenoszą i modyfikują impulsy o położeniu przestrzennym. 2. Powrózkowe Aksony neuronów ruchowych unerwiają grupy różnych mięśni szkieletowych. Neurony powrózkowe, małe kom. oddające liczne włókna kojarzeniowe, łączące neurony ruchowe różnych jąder i różnych poziomów rdzenia. Rogi boczne (część pośrednia): Neurony o średniej wielkości. Zawiadują skurczami mięśni gładkich naczyń krwionośnych, mięśni przywłośnych oraz wydzielaniem potu.

30 Opony mózgowo-rdzeniowe Ośrodkowy układ nerwowy otoczony jest włóknistymi błonami oponami mózgowo-rdzeniowymi. Opona miękka Jama podpajęczynówkowa Naczynia wnikające do mózgu Opona twarda najbardziej zewnętrzna Pajęczynówka leżąca pośrednio Opona miękka, pokrywająca powierzchnię mózgowia i rdzenia kręgowego, dopasowując się do ich kształtu. Przestrzeń okołonaczyniowa Opony oddzielają od siebie: jama podtwardówkowa i jama podpajęczynówkowa. Wszystkie opony wywodzą się z mezenchymy.

31 PŁYN MÓZGOWO-RDZENIOWY Produkowany w ilości ok. 14 do 36 ml/h, wymiana całkowita jego objętości 4 5 razy dziennie. Jest wodnistą, przejrzystą, lekko alkaliczną cieczą. Jego ciśnienie osmotyczne zbliżone do ciśnienia osocza krwi. Funkcja: Ochronna, jako układ amortyzujący wstrząsy mechaniczne Ochrona przed wzrostem ciśnienia wewnątrzczaszkowego Wymiana między tkankami CUN a płynem (mechanizm mało znany) BARIERA KREW-PŁYN MÓZGOWO-RDZENIOWY Utrzymuje chemiczną stabilność płynu. 1. Śródbłonek ciągły naczyń splotu naczyniówkowego 2. Komórki nabłonka sześciennego z połączeniami zamykającymi

32 Bariera krew-mózg (B-BB) Opona miękka Stopka końcowa okołonacyniowa Makrofag Naczynie włosowate Komórka mikrogleju Astrocyt Stopka końcowa pod oponą miękką Komora Astrocyt Powierzchnia mózgu Błona podstawna Mielina Oligodendrocyt Neuron Komórka mikrogleju Ependyma Astrocyty układające się nabłonkowo na powierzchni mózgu tworząc błonę glejową graniczą powierzchowną, Tworzące wypustki zakończone płytką stopka ssąca, na powierzchni naczynia Połączenia zmykające pomiędzy komórkami śródbłonka Obecność makrofagów (mikroglej) w przestrzeni okołonaczyniowej 1. Śródbłonek naczyń włosowatych ciągły, bez okienek, z połączeniami zamykającymi 2. Błona podstawna ciągła 3. Astrocyty tworzące stopkę ssącą Obszary pozbawione bariery: podwzgórze obszar guza popielatego lejek tylny płat przysadki dno komory IV szyszynka

33 Główne drogi transportu cząsteczek przez BBB a) Substancje rozpuszczalne w wodzie b) Substancje lipofilne błona komórkowa (barbiturany, etanol) c) Transportery obecne w błonie komórek śródbłonka (np. GLUT1) d) Endocytoza za pośrednictwem receptorów i transcytoza (insulina, transferyna) e) Endocytoza adsorbcyjna i transcytoza - białka osocza (albuminy) Leki przekraczają barierę krew-mózg drogami b e, ale głównie b

34 Znaczenia kliniczne bariery krew-mózg Funkcjonalna bariera zabezpieczająca przed pasażem z krwi do tkanki nerwowej niektórych substancji, jak antybiotyki, substancje chemiczne i bakterie, utrzymywanie homeostazy w mózgu. Wszystkie substancje przedostające się do mózgu muszą być transportowane przez komórkę śródbłonka. Woda, gazy i cząsteczki rozpuszczalne w lipidach (lipofilne) dostęp wolny. Pasaż glukozy i innych wybranych cząsteczek. Nieprzepuszczalna dla wielu substancji, w szczególności dla leków stosowanych w terapii infekcji lub chorób nowotworowych. Jeżeli bariera krew-mózg uszkodzona, płyn tkankowy akumuluje się w tkance nerwowej obrzęk mózgu. Astrocyty wytwarzające stopkę ssącą utrzymują funkcję bariery transport płynu i jonów z przestrzeni okołoneuronalnej do naczyń krwionośnych.

35 Degeneracja i regeneracja tkanki nerwowej Neurony, jako nie dzielące się komórki, podlegają degeneracji Wypustki komórek nerwowych CUN, w ograniczonym stopniu, są regenerowane dzięki zdolności perikarionu do syntezy Włókna nerwów obwodowych regenerują, jeżeli ich perikariony nie są uszkodzone Neurony nie wytwarzające połączeń synaptycznych obumierają transneuronalna degeneracja Komórki glejowe CUN i OUN dzielą się mitotycznie Zmiany w perikarionie po uszkodzeniu włókna Chromatoliza - zanik substancji Nissla, zmiana barwliwości neuroplazmy Wzrost objętości perikarionu Migracja jądra na obwód perikarionu Okolica uszkodzenia Proksymalny i dystalny odcinek aksonu w pobliżu uszkodzenia degeneruje Wzrost aksonu następuje natychmiast po usunięciu przez makrofagi pozostałości po uszkodzeniu Makrofagi produkują IL-1 stymulującą lemocyty do syntezy substancji promujących wzrost nerwu Lemocyty proliferują, układając się w kolumnę droga przebiegu wzrastającego aksonu, aż do narządu efektorowego Kiedy przerwa pomiędzy proksymalnym i dystalnym odcinkiem włókna zbyt duża (amputacja), poprzez wzrost nowego włókna nerwowego może tworzyć się zgrubienie lub nerwiak (neuroma) spontaniczny ból.

36 Zakończenia nerwowe Receptory czucia powierzchniowego odbywa się w nich odbiór działających na nie środowiskowych bodźców fizycznych i chemicznych, ich przetwarzanie i generacja w postaci potencjału receptorowego oraz wzbudzanie potencjału czynnościowego, w dochodzących do nich, zakończeniach nerwowych. Występują w postaci wolnych zakończeń nerwowych lub wyspecjalizowanych struktur otorbionych (obecność tkanki łącznej). wolne zakończenia nerwowe lub związane ze złożonymi strukturami torebkowymi receptory bodźców bólowych, termicznych i mechanicznych (dotyk, ucisk).

37 Wolne zakończenia nerwowe nagie dendryty neuronów czuciowych Dotykowe zakończenia nerwowe korzeni włosów otaczają je na kształt torebki i wnikają, aż do pochewek wewnętrznych Ciałka (Komórki) Merkla wrażliwe na ucisk Komórka naskórka warstwy kolczystej, do której przylega zakończenie nagiego dendrytu. Komórki Merkla zawierają pęcherzyki i wydzielają neurotransmitery polipeptydowe VIP (aktywny polipeptyd jelitowy), enkefalinę i pankreostatynę.

38 Otorbione zakończenia nerwowe 0,5x2,0 mm Ciałko Meissnera wrażliwe na wibracje małej częstotliwości Brodawki skóry właściwej, nieowłosiona skóra opuszków palców, dłoni, podeszwy, warg, sutków, spojówka Ciałko blaszkowate (Vatera-Pacciniego) Ciałko Krausego wrażliwe na wibracje i położenie przestrzenne sygnału Ciałko Ruffiniego wrażliwe na rozciąganie i ucisk Tkanka podskórna, krezka, torebka stawowa, narządy wewnętrzne. Wrażliwe na wibracje większych częstotliwości. Skóra właściwa, tkanka podskórna, błony śluzowe, torebki stawowe