Komórki: komórki nerwowe (neurony) - sygnalizacja, neurosekrecja komórki neurogleju (glejowe) - ochrona, wspomaganie Tkanka nerwowa Substancja międzykomórkowa: prawie nieobecna (blaszki podstawne) pobudliwość przewodnictwo 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 jednobiegunowa dwubiegunowa pseudo-j.b. wielobiegunowa piramidowa gruszkowata nerwowa Organelle: ciałka Nissla aparat Golgiego mitochondria lizosomy cytoszkielet W mikroskopie świetlnym, ciałka Nissla to zasadochłonne ziarna widoczne w perykarionie i dendrytach (nigdy w aksonie) dendryty Inne: neuromelanina lipofuscyna odejście aksonu 1
Mikroskop elektronowy ujawnia, że ciałka Nissla to skupiska szorstkiej siateczki śródplazmatycznej i wolnych rybosomów. Ten rozbudowany aparat syntezy białek służy do produkcji własnych białek (błonowych i cytoplazmatycznych) komórki nerwowej Cytoszkielet komórki nerwowej pęczki neurofilamentów i neurotubul neurofilamenty (= filamenty pośrednie) neurotubule (= mikrotubule) akson Neurofilamenty pełnią funkcję podporową Neurotubule, współpracując z mechanoenzymami, 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 (np. tężca) 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 komórkowej (kanały sodowe otwierane zmianą potencjału) akson zamknięte inaktywowane otwarte zamknięte przestrzeń pozakomórkowa + Na+ miejsce wzbudzenia potencjału czynnościowego (początkowy odcinek aksonu) K+ kanały potasowe kanał chlorkowy pompa sodowo- kanał sodowy potasowa -90 70 mv cytoplazma 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 zależności od typu osłonki, włókna nerwowe mogą być: szybkość: 1-3 m/s zmielinizowane (aksony są otoczone osłonką mielinową) niezmielinizowane (aksony są otoczone cienką osłonką cytoplazmatyczną, niekiedy bez osłonki) W niezmielinizowanych włóknach obwodowego układu nerwowego, aksony leżą w rynienkowatych zagłębieniach błony komórkowej komórek Schwanna W zmielinizowanych włóknach obwodowego układu nerowowego, akson jest otoczony przez szczególną osłonkę mielinową, również wytworzoną przez komórki Schwanna Aksony pozbawione osłonki mielinowej mają regularnie rozmieszczone kanały sodowe i przewodzą bodźce w formie fali depolaryzacji (przewodzenie ciągłe) 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 Mielinizacja Wpuklenie błony komórki Schwanna (mezakson) owija się wielokrotnie wokół aksonu...... co prowadzi do wytworzenia zwartego układu koncentrycznych, wielokrotnych warstw fosfolipidowych z niewielką ilością białek mezakson Przewężenie Ranviera styk dwóch segmentów osłonki mielinowej fałdy cytoplazmy komórek Schwanna w aksonie: - mitochondria - w błonie aksonu (aksolemie) liczne kanały sodowe otwierane zmianą potencjału Akson 3
Przewodzenie skokowe faza szybka (w obrębie segmentu osłonki, prąd elektryczny płynący przez cytoplazmę aksonu; osłonka działa jak izolator) faza wolna (w przewężeniu Ranviera, depolaryzacja błony aksonu) Szybkość przewodzenia zależy od: obecności osłonki mielinowej długości segmentów osłonki grubości osłonki mielinowej grubości aksonu przewodzenie Typy włókien nerwowych: A: grube zmielinizowane 15-120 m/s B: cienkie zmielinizowane 3-15 m/s C: niezmielinizowane 1-3 m/s Synapsy mogą się tworzyć pomiędzy różnymi częściami komórek nerwowych, a także pomiędzy komórkami nerwowymi i włóknami mięśniowymi szkieletowymi 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 aksodendrytyczne aksosomatyczne aksoaksonalne płytki motoryczne 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 W błonie pęcherzyka: białka wiążące pęcherzyk z filamentami aktynowymi i ułatwiające agregację pęcherzyków (synapsyny, rab3) białka dokujące pęcherzyk do błony presynaptycznej (synaptotagmina) białka fuzyjne z rodziny SNARE (synaptobrewina) Egzocytoza neuroprzekaźników wymaga współdziałania wielu białek W błonie presynaptycznej: białka fuzyjne z rodziny SNARE (syntaksyna, SNAP-25) 4
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 estry aminy biogenne aminokwasy peptydy nukleotydy gazy Nazwa noradrenalina dopamina serotonina ATP, GTP Neuroprzekaźniki acetylocholina kwas gammaaminomasłowy (GABA) glicyna kwas glutaminowy opioidowe (endorfiny, enkefaliny) inne (np. CGRP, substancja P, VIP) tlenek azotu (NO) Typ synaps, jonotropowe Działanie synaps* hamujące hamujące hamujące hamujące różne Synapsy wstążkowe Niedobór neuroprzekaźnika dopaminy w pewnym obszarze mózgu (substantia nigra) jest przyczyną choroby Parkinsona duża część presynaptyczna bardzo liczne pęcherzyki synaptyczne w pobliżu błony presynaptycznej wstążki synaptyczne białkowe pasma wiążące pęcherzyki synaptyczne i utrzymujące je w strefie aktywnej intensywny wychwyt zwrotny neuroprzekaźników synapsy wstążkowe umożliwiają ciągłe wydzielanie neuroprzekaźników przez długi okres czasu rzadkie występują w siatkówce i w obszarach receptorycznych ucha wewnętrznego Synapsy elektryczne to połączenia szczelinowe pomiędzy błoną pre- i postsynaptyczną błona presynaptyczna dendryt akson Bodźce z synaps są przewodzone przez dendryty w formie słabych prądów elektrycznych (potencjały postsynaptyczne) W perykarionie ulegają sumowaniu (powstaje zbiorczy potencjał postsynaptyczny). Jeżeli jest on wystarczająco duży, wyzwala potencjał czynnościowy w początkowym odcinku aksonu przewodzenie synaptyczne bez opóźnienia 5
Parakrynowe przewodzenie bodźców Komórki neurogleju: Ośrodkowy U.N. astrocyty oligodendrocyty komórki mezogleju komórki ependymy 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) neuroprzekaźnik Obwodowy U.N. komórki Schwanna glejowe komórki satelitarne zwojów rdzeniowych komórki glejowe cewy pokarmowej Astrocyt protoplazmatyczny mezogleju Astrocyt włóknisty Oligodendrocyt 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 Oligodendrocyty wytwarzają osłonki mielinowe wokół aksonów ośrodkowego układu nerwowego Pojedynczy oligodendrocyt może wytworzyć kilka segmentów osłonki mielinowej wokół kilku aksonów protoplazmatyczne włókniste Komórki mikrogleju (mezogleju) są odmianą makrofagów rezydującą w ośrodkowym układzie nerwowym pochodzenie: z zarodkowych wysp krwiotwórczych, komórki prekursorowe migrują do OUN po aktywacji: - zmieniają kształt - migrują (np. do ogniska zapalnego) - fagocytują - produkują cytokiny spoczynkowe aktywowane Komórki ependymy tworzą pseudonabłonkowe wyściółki komór i kanałów w OUN mikrokosmki, migawki połączenia międzykomórkowe zazwyczaj nie wytwarzają blaszek podstawnych 6
Opona miękka Astrocyt Osł. mielinowa Kapilara Oligodendrocyt mezogleju Neuron Astrocyt Ependyma Komora Kom. mezogleju Komórki Schwanna jeżeli tworzą segmenty osłonek, są wydłużone w innych lokalizacjach (np. w ciałkach czuciowych) mogą być różnokształtne dobrze rozwinięte organelle (wyjątek: segmenty osłonki mielinowej) wytwarzają blaszkę podstawną nanerwie (tk. łączna włóknista) onerwie (warstwy płaskich fibroblastów) Zwój rdzeniowy (międzykręgowy) zawiera pseudojednobiegunowe kom. zwojowe, glejowe komórki satelitarne, włókna nerwowe i gęstą sieć naczyń włosowatych. Podobną budowę mają także czuciowe zwoje nerwów czaszkowych. Pień nerwowy (nerw obwodowy) pęczki włókien nerwowych tkanka łączna naczynia krwionośne komórka zwojowa śródnerwie (włókna srebrochłonne, fibryle kolagenowe) osł. mielinowa komórki satelitarne akson Glejowe komórki satelitarne są morfologicznie i czynnościowo podobne do astrocytów Zwoje układu autonomicznego zawierają wielobiegunowe komórki zwojowe otoczone glejowymi komórkami satelitarnymi rodzaje: (1) zwoje układu współczulnego (2) zwoje układu przywspółczulnego (3) zwoje śródścienne (np. w przewodzie pokarmowym) Ośrodkowy układ nerwowy 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 7
Rdzeń kręgowy Kora móżdżku ma trzy warstwy warstwa molekularna warstwa ziarnista molekularna α- motoneuron zwojowa (kom. Purkiniego) istota biała ziarnista kanał centralny Komórki Purkiniego mają gęste drzewo dendrytyczne, rozgalęziające się tylko w jednej płaszczyźnie; przetwarzają sygnały wysłane przez wszystkie inne typy neuronów kory móżdżku Choć kora móżdżku zawiera kilka typów neuronów, opuszczają ją tylko aksony komórek Purkiniego Duża kom. Komórki ziarnista Golgiego Purkiniego gwiaździsta Warstwa drobinowa Warstwa ziarnista Istota biała koszyczkowa Bocznice powrotne Włókno pnące Perykarion kom. Purkiniego jest otoczony przez koszyczek splot włókien nerwowych Małe Komórki kom. ziarniste Włókno mszyste Aksony kom. 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 Jest to rzadkie zjawisko, ale daje nadzieję na uruchomienie procesów regeneracyjnych w centralnym układzie nerwowym. 8
Neuralne komórki macierzyste Lokalizacja: strefa przykomorowa warstwa podziarnista zakrętu zębatego hipokampa (w tych rejonach zachodzi neurogeneza) W swoich niszach neuralne komórki macierzyste występują w obrębie powtarzających się gniazd neurogenezy wraz z komórkami progenitorowymi i neuroblastami k. macierzyste k. progenitorowe neuroblasty Pozostałe składniki niszy: komórki ependymy kapilary substancja międzykomórkowa ependyma komora strefa przykomorowa Nowe neurony migrują ze strefy przykomorowej do opuszki węchowej Nowe neurony wbudowują się w warstwę ziarnistą zakrętu Neuralne komórki macierzyste są morfologicznie podobne do komórek glejowych (gleju radialnego) strefa podziarnista Neuralne komórki macierzyste: Bariera krew-mózg w hodowli różnicują się w neurony, astrocyty i oligodendrocyty po transplantacji (u zwierząt): - poprawiają funkcje motoryczne po uszkodzeniu rdzenia kręgowego - wbudowują się do istoty czarnej w modelu choroby Parkinsona - poprawiają pamięć w modelu choroby Alzheimera - poprawiają mielinizację w modelach chorób demielinizacyjnych - gromadzą się w rejonach uszkodzeń i procesów zapalnych, tworząc ektopowe nisze Problem: na razie wszystkie te lecznicze efekty są nieznaczne, dalekie od oczekiwań, są problemy z różnicowaniem NKM, niekiedy generują one nowotwory Składniki morfologiczne: komórki śródbłonkowe blaszka podstawna warstwa wypustek astrocytów Selektywna przepuszczalność naczyń włosowatych w mózgu jest wynikiem obecności: ciągłych stref zamykających pomiędzy komórkami śródbłonka naczyń selektywnych białek transportowych w błonie komórkowej śródbłonka Strefa zamykająca śródbłonkowa Blaszka podstawna Wypustki astrocytów Opona twarda: tkanka łączna włóknista Opona pajęcza: beleczki łącznotkankowe pokryte warstwą fibroblastów Opona miękka: delikatna tkanka łączna wiotka pokryta warstwą fibroblastów. Od tkanki nerwowej oddziela ja warstwa wypustek astrocytów (glejowa błona graniczna) Opony mózgu i rdzenia Opona twarda Opona pajęcza (beleczki) Opona miękka Tk. nerwowa Splot naczyniówkowy produkuje płyn mózgowordzeniowy Wypustki opony miękkiej (kosmki naczyniówkowe) zawierają liczne naczynia włosowate typu okienkowego są pokryte transportującymi jony komórkami ependymy, o układzie nabłonka jednowarstwowego sześciennego 9