Komórki: komórki nerwowe (neurony) - sygnalizacja, neurosekrecja komórki neurogleju (glejowe) - ochrona, wspomaganie Tkanka nerwowa Substancja międzykomórkowa: prawie nieobecna (blaszki podstawne) pobudliwość przewodnictwo Komórka nerwowa: ciało komórkowe (perykarion) wypustki (dendryty i neuryt = akson) Klasyfikacja komórek nerwowych: A. Liczba wypustek jednobiegunowe dwubiegunowe pseudojednobiegunowe wielobiegunowe Dendryty: Akson: dendryty akson zakończenia aksonu różna liczba, krótsze, bardziej rozgałęzione, zawierają ciałka Nissla, nie mają kanałów sodowych otwieranych zmianą potencjału, przewodzą dośrodkowo pojedynczy, dłuższy, słabiej rozgałęziony, nie zawiera ciałek Nissla, posiada kanały sodowe otwierane zmianą potencjału, otoczony osłonkami, przewodzi odśrodkowo B. Długość aksonu Golgi I (projekcyjne) - długi akson Golgi II (lokalne) - krótki akson C. Kształt perykarionu ziarniste gwiaździste piramidowe gruszkowate Komórka nerwowa Organelle: ciałka Nissla aparat Golgiego mitochondria lizosomy cytoszkielet Inne: neuromelanina lipofuscyna W mikroskopie świetlnym, ciałka Nissla to zasadochłonne ziarna widoczne w perykarionie i dendrytach (nigdy w aksonie) 1
Mikroskop elektronowy ujawnia, że ciałka Nissla to skupiska szorstkiej siateczki śródplazmatycznej i wolnych rybosomów Cytoszkielet komórki nerwowej neurofilamenty (= filamenty pośrednie) pęczki neurofilamentów i neurotubul neurotubule (= mikrotubule) Tak dobrze rozwinięty aparat syntezy białek jest w komórce nerwowej niezbędny z uwagi na znaczną powierzchnię błony komórkowej i objętość cytoplazmy (wypustki!), co powoduje duże zapotrzebowanie na białka błonowe i cytoplazmatyczne. akson Neurofilamenty pełnią funkcję podporową Neurotubule, współpracując z białkami motorycznymi, są odpowiedzialne za transport organelli, pęcherzyków i dużych cząsteczek w perykarionie i w wypustkach. Szczególnie istotny jest transport wewnątrz aksonu (transport aksonalny): odśrodkowy (anterogradowy) kinezyna dośrodkowy (retrogradowy) - dyneina) Niektóre wirusy (np. wścieklizny) i toksyny bakteryjne wykorzystują retrogradowy transport aksonalny, docierają do perykarionów komórek nerwowych i niszczą je. Przewodnictwo nerwowe Potencjał spoczynkowy: kanały potasowe ( przecieku ) otwarte kanały sodowe zamknięte pompa sodowo-potasowa Potencjał czynnościowy: depolaryzacja błony komórkowe (kanały sodowe otwierane zmianą potencjału) akson zamknięte inaktywowane otwarte zamknięte miejsce wzbudzenia potencjału czynnościowego (początkowy odcinek aksonu) - 70 mv szybkość: 1-3 m/s Depolaryzacja przemieszcza się jednokierunkowo wzdłuż aksonu, ponieważ po otwarciu kanały na krótki czas ulegają inaktywacji (zamykają się i są niewrażliwe na zmianę potencjału) 2
Włókno nerwowe = akson otoczony osłonką Osłonki aksonu są wytwarzane przez komórki neurogleju: w obwodowym u.n. przez komórki Schwanna w ośrodkowym u.n. przez oligodendrocyty i astrocyty W niezmielinizowanych włóknach obwodowego układu nerwowego, aksony leżą w rynienkowatych zagłębieniach błony komórkowej komórek Schwanna W zależności od typu osłonki, włókna nerwowe mogą być: zmielinizowane (aksony są otoczone osłonką mielinową) niezmielinizowane (aksony są otoczone cienką osłonką cytoplazmatyczną, niekiedy bez osłonki) Aksony pozbawione osłonki mielinowej mają regularnie rozmieszczone kanały sodowe i przewodzą bodźce w formie fali depolaryzacji (przewodzenie ciągłe) W zmielinizowanych włóknach obwodowego układu nerowowego, akson jest otoczony przez szczególną osłonkę mielinową, również wytworzoną przez komórki Schwanna Mielinizacja Wpuklenie błony komórki Schwanna (mezakson) owija się wielokrotnie wokół aksonu... jedna komórka Schwanna - segment mieliny dla jednego aksonu Akson otoczony przez osłonkę mielinową ma nierównomiernie rozmieszczone kanały sodowe i przewodzi bodźce w formie złożonej z depolaryzacji błony i słabego prądu elektrycznego płynącego przez cytoplazmę (przewodzenie skokowe, do 120 m/s); osłonka mielinowa jest izolatorem elektrycznym... co prowadzi do wytworzenia zwartego układu koncentrycznych, wielokrotnych warstw fosfolipidowych z niewielką ilością białek Akson Przewężenie Ranviera styk dwóch segmentów osłonki mielinowej fałdy cytoplazmy komórek Schwanna w aksonie: - mitochondria - w błonie aksonu (aksolemie) liczne kanały sodowe otwierane zmianą potencjału Przewodzenie skokowe faza szybka (w obrębie segmentu osłonki, prąd elektryczny płynący przez cytoplazmę aksonu) stopniowo słabnie faza wolna (w przewężeniu Ranviera, depolaryzacja błony aksonu) - odnowienie potencjału 3
Szybkość przewodzenia zależy od: obecności osłonki mielinowej długości segmentów osłonki grubości osłonki mielinowej grubości aksonu Synapsy mogą się tworzyć pomiędzy różnymi częściami komórek nerwowych, a także pomiędzy komórkami nerwowymi i włóknami mięśniowymi szkieletowymi Typy włókien nerwowych: A: grube zmielinizowane 15-120 m/s B: cienkie zmielinizowane 3-15 m/s C: niezmielinizowane 1-3 m/s aksodendrytyczne aksosomatyczne aksoaksonalne płytki motoryczne Synapsa składa się z części pre- i postsynaptycznej Część presynaptyczna: pęcherzyki synaptyczne zawierające neuroprzekaźnik mitochondria kanały wapniowe błona presynaptyczna i strefa aktywna Szczelina synaptyczna: kadheryny łączące błony prei postsynaptyczną Część postsynaptyczna: błona postsynaptyczna z receptorami dla neuroprzekaźnika płytka postsynaptyczna (zagęszczenie postsynaptyczne) szkielet blonowy Przewodzenie synaptyczne (synapsa chemiczna): 1. Potencjał czynnościowy dochodzi do części presynaptycznej 2. Otwierają się kanały wapniowe (otwierane zmianą potencjału) 3. Wzrost poziomu Ca 2+ w części presynaptycznej wywołuje egzocytozę pęcherzyków synaptycznych 4. Cząsteczki neuroprzekaźnika dyfundują przez szczelinę synaptyczną i wiążą się z receptorami w błonie postsynaptycznej 5. Otwierają się kanały jonowe w błonie postsynaptycznej Wydzielony do szczeliny synaptycznej neuroprzekaźnik w większości powraca (wychwyt zwrotny endocytoza receptorowa) do części presynaptycznej Typ synapsy zależy od rodzaju receptorów błony postsynaptycznej i ich sposobu działania Synapsa pobudzająca: otwierają się kanały kationowe (np. Na + ), depolaryzacja błony postsynaptycznej Synapsa hamująca: otwierają się kanały anionowe (np. Cl - ), hiperpolaryzacja błony postsynaptycznej --------------------------------------------------------------------------------------------- Synapsa jonotropowa: receptory to kanały jonowe otwierane przyłączeniem cząsteczki neuroprzekaźnika (szybka reakcja) Synapsa metabotropowa: receptory (związane z białkami G) inicjują serię reakcji biochemicznych, które prowadzą do otwarcia kanałów jonowych w części postsynaptycznej (wolniejsza reakcja) Charakter chemiczny Nazwa Typ synaps Działanie synaps* estry acetylocholina jonotropowe, aminy biogenne aminokwasy Neuroprzekaźniki noradrenalina dopamina serotonina kwas gammaaminomasłowy (GABA) glicyna kwas glutaminowy, jonotropowe jonotropowe, jonotropowe, jonotropowe, pobudzające pobudzające hamujące pobudzające hamujące hamujące pobudzające peptydy opioidowe (endorfiny, enkefaliny) inne (np. CGRP, substancja P, VIP) hamujące różne nukleotydy ATP, GTP jonotropowe, pobudzające gazy tlenek azotu (NO) pobudzające 4
Synapsy elektryczne to połączenia szczelinowe pomiędzy błoną pre- i postsynaptyczną Parakrynowe przewodzenie bodźców przewodzenie synaptyczne bez opóźnienia u ssaków rzadkie - obecne w siatkówce i niektórych rejonach mózgu u niższych kręgowców i bezkręgowców występują w drogach nerwowych odpowiedzialnych za ucieczkę reakcję na zagrożenie Pomiędzy zakończeniami włókien nerwowych a komórkami mięśniowymi gładkimi i gruczołowymi nie tworzą się synapsy bodźce przewodzone są na drodze parakrynowej (neuroprzekaźniki dyfundują przez istotę międzykomórkową) Komórki neurogleju: Ośrodkowy U.N. astrocyty oligodendrocyty komórki mezogleju komórki ependymy Obwodowy U.N. komórki Schwanna glejowe komórki satelitarne zwojów rdzeniowych komórki glejowe cewy pokarmowej Astrocyty ich wypustki tworzą mankiety otaczające naczynia krwionośne, dochodzą też do komórek nerwowych i ich wypustek wspomagają metabolicznie komórki nerwowe, produkują czynniki regulacyjne i troficzne w miejscach uszkodzenia tkanki nerwowej namnażają się i tworzą blizny protoplazmatyczne włókniste Oligodendrocyty wytwarzają osłonki mielinowe wokół aksonów ośrodkowego układu nerwowego Komórki mikrogleju (mezogleju) są odmianą makrofagów rezydującą w ośrodkowym układzie nerwowym Pojedynczy oligodendrocyt może wytworzyć kilka segmentów osłonki mielinowej wokół kilku aksonów pochodzenie: z zarodkowych wysp krwiotwórczych, komórki prekursorowe migrują do OUN po aktywacji: - migrują (np. do ogniska zapalnego) - fagocytują - produkują cytokiny spoczynkowe aktywowane 5
Komórki ependymy tworzą pseudonabłonkowe wyściółki komór i kanałów w OUN mikrokosmki, rzęski połączenia międzykomórkowe zazwyczaj nie wytwarzają blaszek podstawnych nanerwie (tk. łączna włóknista) onerwie (warstwy płaskich fibroblastów) Komórki Schwanna jeżeli tworzą segmenty osłonek, są wydłużone w innych lokalizacjach (w ciałkach czuciowych) mogą być różnokształtne dobrze rozwinięte organelle (wyjątek: segmenty osłonki mielinowej) wytwarzają blaszkę podstawną Zwój rdzeniowy (międzykręgowy) zawiera pseudojednobiegunowe komórki nerwowe (zwojowe), glejowe komórki satelitarne, włókna nerwowe i gęstą sieć naczyń włosowatych Pień nerwowy (nerw obwodowy) pęczki włókien nerwowych tkanka łączna naczynia krwionośne śródnerwie (włókna siateczkowe, fibryle kolagenowe) Glejowe komórki satelitarne są morfologicznie i czynnościowo podobne do astrocytów Ośrodkowy układ nerwowy Rdzeń kręgowy Istota szara: perykariony komórek nerwowych niezmielinizowane włókna nerwowe astrocyty protoplazmatyczne liczne naczynia krwionośne Istota biała: brak perykarionów komórek nerwowych zmielinizowane włókna nerwowe liczne oligodendrocyty astrocyty włókniste mniej liczne naczynia krwionośne α- motoneuron kanał centralny 6
Kora móżdżku ma trzy warstwy Komórki Purkiniego mają gęste drzewo dendrytyczne, rozgalęziające się tylko w jednej płaszczyźnie; przetwarzają sygnały wysłane przez wszystkie inne typy neuronów kory móżdżku warstwa molekularna warstwa ziarnista molekularna zwojowa (kom. Purkiniego) istota biała ziarnista Perykarion kom. Purkiniego jest otoczony przez koszyczek splot włókien nerwowych Choć kora móżdżku zawiera kilka typów neuronów, opuszczają ją tylko aksony komórek Purkiniego Kora mózgu (neocortex) ma sześć warstw Drobinowa Ziarnista zewn. Piramidowa zewn. Ziarnista wewn. Piramidowa wewn. Wielokształtna Choć komórki nerwowe nie mogą się namnażać przez podział, udowodniono możliwość powstawania nowych, sprawnych czynnościowo neuronów z komórek macierzystych obecnych w niektórych obszarach mózgu (otoczenie komór bocznych, hipokamp). Jest to rzadkie zjawisko, ale daje nadzieję na uruchomienie procesów regeneracyjnych w centralnym układzie nerwowym. Bariera krew-mózg Składniki morfologiczne: komórki śródbłonkowe blaszka podstawna warstwa wypustek astrocytów k. macierzyste k. progenitorowe neuroblasty k. ependymy Selektywna przepuszczalność naczyń włosowatych w mózgu jest wynikiem obecności: ciągłych stref zamykających pomiędzy komórkami śródbłonka naczyń selektywnych białek transportowych w błonie komórkowej śródbłonka 7
Tajemnicze choroby: scrapie i choroba wściekłych krów Tzw. encefalopatie gąbczaste: "scrapie" - trzęsawka owiec i kóz, zakaźna encefalopatia norek, gąbczasta encefalopatia kotów i gąbczasta encefalopatia bydła (choroba wściekłych krów) są prawdopodobnie wywoływane przez niezwykłe białkowe czynniki zakaźne, tzw. priony, które zakażają inne białka w ośrodkowym układzie nerwowym, nadając im własności chorobotwórcze. Choć za wyjaśnienie mechanizmu działania prionów przyznano Nagrodę Nobla, ich znaczenie etiologiczne jest nadal przedmiotem dyskusji w środowisku naukowym. 8