Свойства нейрона

Размещено на http://www.allbest.ru/

Свойства нейрона

Иштокина Анастасия Алексеевна, студент

Климов Александр Васильевич, кандидат наук, ассистент

Оренбургский государственный медицинский университет

Нервная система. Каково ее значение? Нет ничего проще для нас, людей, чем получение информации извне и ответ на нее, хранение воспоминаний и воспроизведение их, усвоение навыков и использование их по собственной воле. Это все результаты работы нервной системы. Поэтому не зря говорят, что сложное - есть объяснение простого. В основе этих обыденных манипуляций лежат сложнейшие процессы, происходящие на различных уровнях организации организма. Для того, чтобы понять принципы системы нужно вникнуть в механизмы клетки - функциональную и морфологическую единицу живого.

Общий план строения нейрона сходен с остальными типами клеток.

Он состоит из цитоплазмы и погруженных в нее органелл. В том числе:

· Митохондрии, обеспечивающие клетку энергией, получаемой в результате окислительного фосфорилирования. Содержатся в большом количестве в отростке аксона. Не так давно было обнаружено передвижение этих органелл в регионы с высокой энергетической потребностью за счет ADP (Sergej L. Mironov ,2007)

· Эндоплазматический ретикулом. Гранулярный, содержащий рибосомы (или тельца Ниссля) на однослойный стенках, синтезирует белки (локализируется только в теле и дендритах нейрона) и агранулярный - Аппарат Гольджи. Он обеспечивает упаковку продуктов секреции и вывод их в среду.

· Микротрубочки - тонкие опорные структуры являющиеся диполем - помогают нейрону сохранять нейрону определенную форму. Совершенно неожиданное предположение было выдвинуто российскими учеными о том, что внутриклеточные механизмы сознания основаны на квантовых процессах именно в этих клеточных структурах (Е.Е. Слядников, 2010)

В центре клетки располагается ядро с генетической информацией Цитоплазматической мембрана определяет границы, обеспечивает взаимодействие с соседними клетками, транспорт веществ. Однако в соответствии со своими функциями нейрон имеет нестандартный вид: тело нейрона (сома или перикарион), которое является основой клетки, может иметь различную форму. Оно имеет ядро с наследственной информацией, отходящие различные отростки, которые можно считать живыми «проводами» нейронных сетей:

Рисунок 1. Классическое строение нейрона

· Аксон - один главный отросток, по которому передается информация другим клеткам. Иногда он покрыт миелиновой оболочкой, которую образуют «накручивающиеся» на аксон специальные шванновские клетки (вспомогательные клетки нервной ткани), между которыми остаются свободные от миелиновой оболочки участки -- перехваты Ранвье. Только на перехватах присутствуют потенциал-зависимые натриевые каналы и заново возникает потенциал действия. При этом нервный импульс распространяется по миелинизированным волокнам ступенчато, что в несколько раз повышает скорость его распространения. Скорость передачи сигнала по покрытым миелиновой оболочкой аксонам достигает 100 метров в секунду.[2] Активно изучается способность регенерации аксона, как одна из стадий восстановления всей основной части нейрона (Hedong Li, Gong Chen,2016)

· Дендрит - многочисленные древовидные отростки, которые принимают информацию от соседних нейронов. Лежат преимущественно в пределах серого вещества. Имеют вариативность размеров в зависимости от вида нейрона, например, пирамидный нейрон, который имеет ярко выраженное апикальное дерево. (Nelson Spruston, 2008)

Именно по характеристикам этих отростков мы можем систематизировать нейроны по положению и функциям в системе. Таким образом, существует три вида нейронов. Первый вид - это нейроны афферентные или чувствительные. Тела их имеют простую округлую форму с одним отростком с Т-образным концом. Одна его часть движется на периферию и образует нервные окончания, другая - в центральную нервную систему, где впоследствии ветвится и крепится к другим клеткам. Другой характеристикой обладает эфферентные (двигательные) нейроны. Они образуют периферические нервы за счет длинных аксонов, лежащих вне отделов ЦНС. Отросток ветвится только в конце к иннервируемому органу. Существует и третий вид нейрона - вставочный ( промежуточный), который находится между чувствительным и вставочным.

Как и любые клетки организма нервные обладают свойством поляризации. Причиной этого состояния является неравномерное распределение ионов во внутренней и наружной средах - электрохимический градиент. Поддержание этой неравномерности -одна из основных свойств любой клетки , называемое мембранным потенциалом, который является критерием жизни клетки. Концентрационный ионный градиент имеет следующие направления: калиевый градиент наружу, а натриевый и хлорный - внутрь. Так как мембрана клетки все-таки частично проницаема, движение частиц происходит, но не равномерно, потому что эта способность плазмолеммы неодинакова для различных видов ионов. Основным видом, который способен спокойно диффундировать, является ион калия, который по направлению ионного градиента уходит из клетки, делая её отрицательно заряженной относительно наружной стороны мембраны - состояние покоя. Оно характеризуется потенциалом покоя, т. е. разностью электронных потенциалов наружной и внутренней поверхностями мембраны.

Для поддержания состояния полярности прибавляются биологические процессы - ионные насосы (активный транспорт), осуществляющиеся через плазматическую мембрану области синапса. Что такое синапс? Это место контакта между двумя нейронами или между нейроном и получающей сигнал эффекторной клеткой. После длительного изучения данного вида соединения был выявлен ряд общих черт: (изображение; Блум, Лейзерсон, 1988)

Рисунок 2. Устройство синаптической области

нейрон потенциал синаптический нервный

· Между окончанием отростка и поверхностью клетки всегда находится щель в несколько нм.

· Мембраны клеток непрерывны и лишь близко подходят друг к другу.

Форма синаптических соединений может быть различной. Иногда они могут иметь вид тоненьких волоконец, которые скользят по поверхности другой клетки без специальных расширений, но в превалирующем числе случаев соединение имеет пуговчатую форму. Аксон в этом случае разветвляется на мелкие веточки с бляшками на конце, которые прилежат к поверхности другой клетке.

В постсинаптическом окончании имеются характерные структурные черты. Наружная часть мембраны окончания имеет утолщения по всей поверхности или частично. От этого отрезка плазмалеммы отходят плотные тяжи в цитоплазму, а внутри самого отростка имеется много митохондрий и пузырьков, которые группируются между собой. Этот «комплекс» образует пресинаптическую активную зону (Thomas C. Sudhof, 2012), которая изучалась на протяжении последних тридцати лет. О ее функциях скажем позже.

Еще одной из важнейших свойств нейрона является способность к регуляции собственного внутреннего потенциала. Почему на это нужно обращать внимание? Потому что данный процесс становится основой для появления потенциала действия или нервного импульса. Все связано с переходом от отрицательного состояния клетки к кратковременному положительному посредством опять же пропускной способности мембраны. Под действием определенных веществ на синапс клетка начинает изменять свои свойства. Теряя свой отрицательный заряд , клетка дает возможность Na+ заходить в клетку. Начался процесс деполяризации, который формирует градиент везикул синаптических мембран (David Lenzi, John Crum, Mark H Ellisman, William M Roberts, 2002). Проникновение некоторого количества ионов внутрь повышает скорость дальнейшего процесса, что значительно сокращает длительность периода возбуждения.

Деполяризация, связанная с потенциалом действия, распространяется вдоль аксона как волна активности. Далее она быстро достигает синаптического окончания, и процесс начинает повторять в следующем нейроне.

Рисунок 3. Распространение возбуждения

Итак, активная зона синапса привлекала внимание наличием особых химических веществ - нейротрансмиттеров, которые, как оказалось, были необходимы для завершения описания процесса передачи нервного импульса. Они являются затравкой всего механизма, представляют собой химический передатчик сигналов между нейронами и от нейронов на эффекторные (исполнительные) клетки. Именно нейротрансмиттеры создают возможность объединения отдельных нейронов в целостную систему и позволяют успешно выполнять все ее многообразные и жизненно необходимые функции.

Нейротрансмиттеры делят на:

· нейромедиаторы -- прямые передатчики нервного импульса, дающие пусковые эффекты (изменение активности нейрона, сокращение мышцы, секрецию железы). Соотношение их концентраций и активности определяет функциональное состояние большинства постсинаптических клеток. Все нейромедиаторы делятся на тормозные - затруднение активации клетки ( ГАМК, глицин) , и возбуждающие- переход к активному состоянию(адреналин, ацетилхолин).

· нейромодуляторы -- вещества, модифицирующие эффект нейромедиаторов. Обычно действуют локально (норадреналин, серотонин, дофамин) (Климов А.В,Тихомирова А.А., 2016)

Рисунок 4. Процесс выброса медиатора в синаптическую щель

Нейротрансмиттеры (НТ далее) имеют общий принцип действия с некоторыми видовыми различиями.

Все они диффундируют через синапс и на наружной стороне плазматической мембраны постсинаптической клетки связываются со своими специфическими рецепторами. Образование НТ-рецепторного комплекса изменяет функциональное состояние клетки. Следовательно, эффект НТ не требует его проникновения через мембрану -- внутрь клетки поступает сигнал образованного комплекса. Рецепторами нейромедиаторов являются регуляторные субъединицы быстрых ионных каналов -- это ионотропные рецепторы. Эффекты нейромодуляторов реализуются метаботропными рецепторами, представляющие собой более сложные структуры. Разные механизмы реализации сигналов определяют временные различия: нейромедиаторы действуют за время нервного импульса -- миллисекунды, модуляторы -- за секунды или минуты, такие эффекты называют медленными. Действие НТ в синапсе чаще всего прекращается его быстрой инактивацией. ( В.И. Кулинский, 1999).

Безусловно, достаточно много информации накопилось о нейроне. Но вся эта база знаний, в большинстве своем, может лишь описать эту клетку как строительную единицу системы. Очень мало мы знаем о том, как связаны материальные процессы нейрона с сознанием. Эта тема в последнее время получила большое распространение. До этого изучение сознания было выведено из области естественных наук и стало достоянием философии еще во времена Декарта. Все чаще ученые задумываются о дифференцировке нейронов на нейроны сознания и клетки, не задействованные в процессах ВНД напрямую. Кроме того, остается острым вопрос об обмене веществ мозга, существовании регенерации клеток нервной системы. На эти и многие другие вопросы науке еще только предстоит ответить.

Список литературы

1. Ф. Блум, А. Лейзерсон, Л. Хофстедтер Мозг, разум и поведение. М.: Мир, 1988.- 248с.

2. П.Г. Костюк Физиология центральной нервной системы. Киев: Вища школа, 1977.-319с.

3. С. Окс Основы нейрофизиологии. М.: Мир, 1969.-448с.

4. Кулинский В.И. Передача и трансдукция гормонального сигнала в разные части клетки // Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 8. С. 14-19.

5. David Lenzi, John Crum, Mark H Ellisman, William M Roberts Depolarization Redistributes Synaptic Membrane and Creates a Gradient of Vesicles on the Synaptic Body at a Ribbon Synapse,14 November 2002,Neuron, pp 649-659

6. Соколов Е. Н. Нейроны сознания // Психология. Журнал высшей школы экономики. 2004. Т. 1. № 2. С. 3-15.

7. Thomas C. Sudhof The Presynaptic Active Zone , July 2012, Neuron, pp11-25,

8. Климов А.В,Тихомирова А.А., Влияние гормонов и нейромедиаторов на поведение человека, 2016

Размещено на Allbest.ur